李 偉，孫立光

(1.杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，杭州 310020;2.上海同是工程科技有限公司，上海 200092)

1 工程概況

杭州地鐵1號(hào)線某區(qū)間右線全長(zhǎng)1 308 m，采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間沿線地質(zhì)構(gòu)造和地層為河口相沖海積堆積的粉性土及砂性土，由于堆積年代及固結(jié)條件不同，性質(zhì)不一，豎向由松散至中密狀態(tài)變化，厚度一般在20 m左右;其下為海陸交互相沉積的淤泥質(zhì)軟土及黏性土，地面下約40～45 m左右為古錢塘江河床堆積的圓礫層，中密～密實(shí)狀態(tài)，底部基巖埋深一般在地面以下55～63 m左右。隧道頂部埋深12～17 m，主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層④4、⑥1層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層⑥2、黏土⑦1、粉質(zhì)黏土層⑧2和砂粉質(zhì)黏土⑨1。

沿線淺部地下水屬潛水類型，主要賦存于上部填土層及粉土、砂土層中，補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水及地表水，其靜止水位一般在地下1～4 m，并隨季節(jié)變化。

2 靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及范圍

隧道沿線需下穿較多建筑物，建筑年代集中在20世紀(jì)70年代末80年代初，基礎(chǔ)多為淺基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)形式多為磚混結(jié)構(gòu)，承受變形能力較差。為了掌握盾構(gòu)穿越期間建筑物沉降及發(fā)展情況，為建筑物的安全狀況評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選取其中3幢建筑物進(jìn)行靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，主要對(duì)建筑物沉降和差異沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。建筑物情況如表1所示。

表1 建筑物情況

本工程采用RJ20型電容感應(yīng)式靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)精度可以達(dá)到0.1 mm，每2 h采集一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其具體指標(biāo)如表2所示。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為盡量減少對(duì)居民生活的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在建筑物頂部，由于建筑物本身的條件限制，住宅樓1和住宅樓2分別布設(shè)4個(gè)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為HZ38-1～HZ38-4和HZ37-1～HZ37-4;住宅樓3共布設(shè)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為HZ34-1～HZ34-8。3幢建筑共計(jì)布設(shè)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)16個(gè)。靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體位置詳見(jiàn)圖1。

表2 靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)

圖1 靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

2.3 靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)原理

靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置和一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)組成。靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)具有監(jiān)測(cè)點(diǎn)多、測(cè)量范圍大、精度高、數(shù)據(jù)可自動(dòng)化采集等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)原理示意

如圖2所示，共布設(shè)有n個(gè)測(cè)點(diǎn)，假設(shè)1號(hào)點(diǎn)為相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)，初始狀態(tài)時(shí)各測(cè)量安裝高程相對(duì)于(基準(zhǔn))參考高程面 ΔH0間的距離則為 Y01，…Y0i…，Y0n(i為測(cè)點(diǎn)代號(hào)，i=0，1，…，n);各測(cè)點(diǎn)安裝高程與液面間的距離則為 h01，h0i，…，h0n，則有

當(dāng)發(fā)生不均勻沉陷后，設(shè)各測(cè)點(diǎn)安裝高程相對(duì)于基準(zhǔn)參考高程面 ΔH0的變化量為 Δhj1，Δhj2，Δhji，…，hjn(j為測(cè)次代號(hào)，j=0，1，……，n);各測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液面相對(duì)于安裝高程的距離為 hj1，hj2，…，hji，…，hjn。由圖2可得

則j次測(cè)量i點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)1的相對(duì)沉陷量Hi1為

由式(2)可得

由式(1)可得

將式(5)代入式(4)得

即通過(guò)傳感器測(cè)得任意時(shí)刻各測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液面相對(duì)于該點(diǎn)安裝高程的距離 hji(含 hj1及首次的 h0i)，則可求得該時(shí)刻各點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)1的相對(duì)高程差。如把任意點(diǎn)g(1，…，i，n)做為相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)，將f測(cè)次做為參考測(cè)次，則按式(6)同樣可求出任意測(cè)點(diǎn)相對(duì)g測(cè)點(diǎn)(以f測(cè)次為基準(zhǔn)值)的相對(duì)高程差Hig

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 住宅樓1的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

盾構(gòu)下穿越住宅樓1的初期推進(jìn)參數(shù)設(shè)定為:土倉(cāng)壓力0.34 MPa，推進(jìn)速度為3～4 cm/min，跟蹤注漿量為5.0 m3/環(huán)。住宅樓1的靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)以HZ38-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。推進(jìn)過(guò)程中，為了防止建筑物隆起過(guò)大，土壓力由0.34 MPa逐步降到0.32 MPa。由圖3可知，隨著土壓力的降低，建筑物明顯出現(xiàn)沉降增大的現(xiàn)象，其中位于盾構(gòu)軸線上方的HZ38-4監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量最大。為了控制建筑物沉降的進(jìn)一步發(fā)展，施工單位將跟蹤注漿量由5.0 m3/環(huán)增加至5.8 m3/環(huán)。注漿量調(diào)整以后，沉降趨勢(shì)得到明顯的控制，特別是長(zhǎng)管注漿后建筑物的沉降變形趨勢(shì)得到更有效控制。

由表3可知，盾構(gòu)完全穿出住宅樓1之后，HZ38-4的累計(jì)沉降量最大為-10.04 mm，HZ38-3和HZ38-4監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的差異沉降最大為0.37‰。HZ38-4點(diǎn)位于盾構(gòu)中軸線上方受到盾構(gòu)施工的擾動(dòng)較為明顯，其他3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量隨著距盾構(gòu)距離的增大而減小。

圖3 住宅樓1監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線

表3 住宅樓1的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 住宅樓2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

住宅樓2的靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)以HZ37-4監(jiān)測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。住宅樓2監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線如圖4所示。

截至6月7日，住宅樓2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 住宅樓2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，盾構(gòu)下穿住宅樓2期間，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降曲線斜率較大，表明建筑物沉降速率較快。隨著二次注漿措施的實(shí)施，沉降速率得到明顯的減緩，但沉降量還有增大的趨勢(shì)。為了有效控制建筑物的沉降變形，5月10日施工單位采用了長(zhǎng)管注漿加固措施。由圖4的曲線可知，長(zhǎng)管注漿初期建筑物仍有一定的下沉趨勢(shì)，但隨著加固體強(qiáng)度的增加，建筑物下沉趨勢(shì)得到有效控制，沉降速率明顯變小。

3.3 住宅樓3的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

盾構(gòu)下穿住宅樓3的初始推進(jìn)參數(shù)為土倉(cāng)壓力0.32 MPa，推進(jìn)速度 3～4 cm/min，跟蹤注漿量為 6 m3/環(huán)。由圖5可知，曲線波谷均對(duì)應(yīng)注漿加固的時(shí)間點(diǎn)，每次注漿后監(jiān)測(cè)點(diǎn)都有一定隆起，通過(guò)多次注漿可有效地控制建筑物沉降的發(fā)展。在4月24日至4月26日期間，建筑物最大隆起量接近+6 mm，遠(yuǎn)超過(guò)+3 mm的控制值。施工單位根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)采取以下處理措施:第一將注漿量從6 m3/環(huán)逐步降低到5.5 m3/環(huán);第二將土壓力由0.32 MPa逐步降低為0.30 MPa。盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)調(diào)整后，建筑物進(jìn)一步隆起的趨勢(shì)得到有效的控制。

圖4 住宅樓2監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線

圖5 盾構(gòu)下穿期間住宅樓3監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線

圖6 盾構(gòu)穿出住宅樓3后監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線

盾構(gòu)下穿期間對(duì)土體擾動(dòng)較大，造成建筑物產(chǎn)生一定量的隆起變形，隨著土壓力和孔隙水壓力的逐步釋放必然會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生沉降變形。為了有效控制建筑物的工后沉降，施工單位根據(jù)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)增加了二次注漿的次數(shù)。由圖6可以看出，從4月28日至5月2日期間，每當(dāng)曲線斜率較大，建筑物沉降量達(dá)到沉降曲線的波谷時(shí)，施工單位都及時(shí)采取了注漿措施，注漿頻率高達(dá)1次/d。長(zhǎng)管注漿施工后建筑物的沉降速率和沉降量得到有效控制。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)3幢建筑物進(jìn)行靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，可得到以下結(jié)論及建議:

1)盾構(gòu)下穿建筑物過(guò)程中，保持盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的相對(duì)穩(wěn)定是很重要的，應(yīng)根據(jù)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行盾構(gòu)參數(shù)的微調(diào)，以達(dá)到控制建筑物變形的最佳效果。

2)盾構(gòu)穿出建筑物后，進(jìn)行及時(shí)的二次注漿是必要的。本工程根據(jù)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行二次注漿對(duì)控制建筑物變形起到了關(guān)鍵作用。

3)盾構(gòu)穿出建筑物后，采用長(zhǎng)管注漿施工初期對(duì)控制建筑物變形效果甚微，但對(duì)于控制工后建筑物長(zhǎng)期沉降變形及縮短建筑物變形穩(wěn)定時(shí)間有一定的作用。

4)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集頻率高，數(shù)據(jù)曲線有明顯的波峰和波谷，比常規(guī)水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)更能詳細(xì)準(zhǔn)確地反映建筑物變形情況。靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)對(duì)施工單位正確分析工況、及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)參數(shù)和進(jìn)行信息化施工提供了技術(shù)支持。

5)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)為盾構(gòu)在相似地層條件下下穿建筑物提供了重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，也為左線盾構(gòu)再次下穿3幢建筑物時(shí)盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的設(shè)定提供了科學(xué)依據(jù)。

［1］鮑永亮，鄭七振，唐建忠.盾構(gòu)隧道穿越既有建筑物施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(4):52-53.

［2］章慧健，仇文革，王慶.城市地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析［J］.鐵道建筑，2008(9):64-67.