近距并行盾构穿越机场的相互扰动实测分析

2014-09-26荣建

城市道桥与防洪 2014年6期

荣建

(上海城建市政工程(集团)有限公司，上海市 200065)

0 引言

随着经济社会的发展，双线并行盾构法隧道被越来越多地应用在基础设施的建设中，其施工过程中的相互影响是工程建设中的重要问题。对此，人们采取理论计算、数值分析及现场实测的方法对直径6 m左右的并行地铁盾构施工的相互影响进行了较多的研究[1-3]，采用数值分析的方法对大直径越江重叠隧道的相互影响进行了研究[4],取得了一系列成果。对大直径泥水盾构近距离并行施工对土体沉降相互影响的实测研究较少。

本文结合虹桥综合交通枢纽仙霞西路下穿机场隧道工程，采用非开挖水平测斜监测得到的深层土体沉降数据，对大直径泥水盾构近距并行施工对土体沉降的影响进行了分析研究，得到了一系列变形沉降规律。

1 工程背景

1.1 工程概况

虹桥综合交通枢纽仙霞西路下穿机场隧道南线和北线平行，长约1 040 m，隧道内径为10.36 m，外径为11.36 m；采用两台Φ11.58 m泥水平衡盾构施工，见图1所示；南线盾构先于北线盾构两个月推进，南、北线盾构的各项参数均完全一致。

盾构隧道需穿越虹桥机场的绕行滑行道，如图2所示，绕滑道基层为46 cm厚水泥碎石，面层为38 cm厚钢筋混凝土。

盾构穿越段地层情况如图1所示，穿越相关土层的物理力学性质如表1所列，场地潜水埋深约0.50～1.75m；承压水水头变化幅度约为3.0～11.0m。

图1 A监测断面处横剖面图

图2 穿越段平面图

表1 穿越区土层物理力学指标一览表

1.2 测斜监测断面设置情况

虹桥机场方面对仙霞西路隧道盾构穿越其绕行滑行道提出了严格的保护要求：施工区域与周边产生的沉降差异不大于10mm（工后不大于50mm），差异沉降不大于1‰。为满足其要求，同时监控并行盾构法并行施工对其的相互影响，针对机场内不能进行常规地面沉降监测的情况，分别设置了平行（A监测断面）和垂直（C监测断面）绕滑道的两条水平测斜监测断面用以监测深层土体的沉降变形情况，监测断面均采用非开挖水平定向钻进行设置。相较于常规地面沉降，这种监测手段采集的数据更加灵敏、准确。测斜管的平面布置图见图2所示，纵断面图见图3及图4所示[5]。

图3 A监测断面测斜管埋深曲线图

图4 C监测断面测斜管埋深曲线图

在穿越过程中，利用非开挖水平测斜监测手段对深层土体的沉降进行了实时监测，获取了关于大型泥水盾构先后并行推进施工对隧道上方土体相互影响的数据，探索了土体变形的规律。

2 土体沉降实测分析

2.1 A监测断面实测分析

如前文所述，南线盾构先于北线盾构两个月进行推进施工，在南线盾构推进施工时，对A监测断面（垂直于盾构推进方向）进行了监测，从中可以看出南线隧道盾构推进施工对北线隧道上方土体的先期扰动情况。

2.1.1 南线盾构推进施工对北线隧道上方土体沉降的先期影响

图5是A监测断面沉降曲线变化图。从图5可以看出，当盾构切口距监测断面1D（盾构直径）时，监测断面发生微小沉降，拟推进施工的北线隧道上方的土体沉降约为4 mm；当切口到达监测断面时，由于切口泥水压力略大于切口处土体的水土压力，土体发生了小幅度的隆起，北线隧道上方土体的累计沉降量为0 mm左右；当盾构机壳通过监测断面，北线隧道上方的土体继续小幅隆起，累计隆起量为1 mm左右；当盾构机恰好脱出盾尾，由于建筑空隙的作用导致了盾构周边土体的沉降，北线隧道上方的土体也受到了明显的影响，其正上方，在盾构机壳通过监测断面的基础上沉降2～3mm，累计沉降值为1～2 mm；盾尾脱出后沉降继续发展，从图5可以看出，北线隧道上方的累计沉降发展到2～3 mm左右。

图5 A监测断面(南线盾构推进期间)沉降曲线变化图

2.1.2 北线盾构推进时土体的二次扰动

南线盾构推进穿越绕滑道区域两个月后，北线盾构推进至此区域，继续对A监测断面进行监测，得到了周边土体二次扰动的数据，如图6所示。

图6 A监测断面(北线盾构推进期间)沉降曲线变化图

2.1.3 北线隧道附近的土体扰动

表2为南线盾构推进时南线隧道上方土体沉降（以下简称南线土体沉降）与北线推进施工时北线隧道上方土体沉降（以下简称北线土体沉降）的对比。其中，北线隧道推进前，南线隧道推进已对北线隧道上方土体进行了先期扰动，故北线盾构推进时北线隧道上方的土体是第二次扰动变形。

A监测断面处南线和北线的地质水文情况相同，南北线盾构穿越该断面时切口水压都保持在210 kPa左右，同步注浆量相同，其他施工参数也基本一致。

表2 二次扰动与常规推进工况下土体沉降对比表

表2数据显示，切口到达前北线土体沉降为7.0 mm，是南线土体沉降的1.9倍；此后，随着盾构推进，北线土体沉降不断发展，至盾尾脱出时，沉降为26.7 mm，是南线土体沉降的4.7倍；盾尾脱出后，由于同步注浆的缘故，累计沉降为23.4 mm，是同样工况条件下南线沉降的3.3倍。

从图1可以看出，监测断面处南北线隧道均位于④、⑤1层土中，为饱和软粘性土，具有较高的灵敏性和触变性，受到扰动后强度下降较大，因此，受到前期扰动后的北线土体沉降远大于南线沉降。

2.1.4 南线隧道附近的土体扰动

南线隧道正上方土体在南线盾构推进至盾尾脱出后沉降为7.2 mm。至北线盾构切口推进至距监测断面30 m时（此时可认为北线盾构尚未影响到此区域），沉降为11.4 mm。从图5可以看出，至北线盾构推进切口距监测断面1D时，沉降发展到12.9 mm，此后一直到北线盾构盾尾脱出此区域，沉降在11.9 mm～13.4 mm之间。北线盾构推进对南线土体沉降的影响最大在2 mm左右。

2.2 C监测断面实测分析

2.2.1 南线盾构推进施工对北线隧道上方土体沉降的先期影响

南线盾构推进期间对C监测断面进行了监测，获取了北线隧道轴线附近的土体沉降情况。

图7是南线盾构推进至85环时C监测断面的沉降曲线。

图7 C监测断面(南线盾构推进期间)沉降曲线变化图

图7数据显示，盾构切口前方的北线隧道轴线土体受到小幅扰动，沉降为0.5 mm左右；盾壳通过区域的北线隧道土体由于盾构机支撑刚体与地层摩擦阻力造成周围地层的扰动影响，土体沉降略大于切口前方的沉降，为0.5 mm～1.0 mm；盾尾脱出后的区域，盾尾间隙沉降及后续沉降累计约为1.0 mm～2.0 mm左右。

2.2.2 北线盾构推进时土体的二次扰动

南线盾构推进对北线隧道上方土体进行了初始扰动之后，北线盾构进行推进施工时对C监测断面进行了跟踪监测，获取了北线隧道上方土体沿隧道纵向轴线的沉降情况。

以盾构推进至49环时的监测数据为例进行说明，其监测数据见图8所示。从图8可以看出，切口前方1D范围以外土体受北线盾构推进的扰动不明显，沉降基本稳定在2 mm～3 mm左右，可以看作是南线盾构推进的初始扰动。1D至切口前方的土体，其沉降值随着其与切口距离的减小而增大，切口处的沉降为8 mm左右。盾壳通过区域沉降继续增大，沉降为8 mm～16.7 mm。盾尾脱出区域，沉降继续增大，约为18 mm左右，约为南线盾构推进时南线隧道上方土体沉降值的2.5倍，南线盾构推进对北线隧道上方土体的二次扰动明显。盾尾脱出后的区域，由于二次补浆的左右，土体发生了隆起。