王 新,李庭平,王印昌

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海 200125)

軟土大直徑泥水盾構(gòu)隧道施工期上浮的控制措施

王 新,李庭平,王印昌

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海 200125)

大直徑盾構(gòu)公路隧道在近工作井區(qū)段覆土較淺，施工期易產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。借助以往軟土地區(qū)泥水盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分析影響隧道上浮的物理環(huán)境和工藝操作，得到可能產(chǎn)生隧道上浮力的主要因素為地下水、同步注漿漿液、盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整、地基回彈、泥漿后竄；間接影響隧道上浮趨勢(shì)的主要因素有覆土厚度、地下水位、結(jié)構(gòu)尺寸和材料重度、上覆土壓縮特性、掘進(jìn)速度和管片接頭剛度。隧道抗浮的主要措施有增加上覆土臨時(shí)壓重、優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)與姿態(tài)控制、打設(shè)門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)、改善注漿工藝及漿液性能、二次注漿、加強(qiáng)管片縱向連接等。

軟土；大直徑；泥水盾構(gòu)；隧道上浮；影響因素；控制措施

0 引言

隨著盾構(gòu)工法在我國(guó)城市道路隧道工程的應(yīng)用，大量的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)得到了積累。傳統(tǒng)的大斷面盾構(gòu)隧道最小覆土厚度一般在0.6D(D為隧道外徑)左右，且最小覆土段位于工作井處。從上海修建的14條越江隧道(見(jiàn)表1)可見(jiàn)，隨著技術(shù)的成熟，隧道的最小覆土厚度開(kāi)始有所減少。在隧道總長(zhǎng)不變的情況下，隨著工作井處隧道覆土厚度的減少，盾構(gòu)段長(zhǎng)度增加，明挖施工減少，因此可以減少深大工作井帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)環(huán)保降耗和安全施工也有著積極的意義。

然而，江浙滬等軟土地區(qū)水位較高，當(dāng)隧道覆土較少時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)在施工期易產(chǎn)生上浮。如上海大連路隧道的平均上浮量約8 cm；上海翔殷路和耀華支路越江隧道的最大上浮量最大約15 cm和8.6 cm[1]。隧道結(jié)構(gòu)上浮易引起隧道變形過(guò)大、防水失效及軸線偏離等一系列工程質(zhì)量問(wèn)題。前人已經(jīng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)上浮做了一定的研究，沈鑫國(guó)等[1]、郭宏宇等[2]、葉飛等[3]、楊方勤[4]結(jié)合盾構(gòu)施工工藝探討了影響隧道上浮的因素；沈林沖等[5]、張慶賀等[6]、王新等[7]針對(duì)影響隧道上浮的覆土厚度進(jìn)行了探討；邢慧堂[8]、沈征難[9]、皮景坤等[10]針對(duì)具體工程實(shí)踐提出了施工期抗浮的一系列措施。施工期隧道上浮的影響因素較為復(fù)雜，學(xué)術(shù)界尚沒(méi)有達(dá)成共識(shí)，還有待進(jìn)一步研究。

本文借助以往軟土地區(qū)大直徑盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分析影響隧道上浮的物理環(huán)境和工藝操作流程，總結(jié)影響隧道上浮的主要因素，并進(jìn)一步探討有效的控制措施。

表1上海越江隧道最小覆土厚度統(tǒng)計(jì)
Table 1 Statistics of minimum thickness of overburden of river-crossing tunnels in Shanghai

隧道名稱開(kāi)工年代結(jié)構(gòu)外徑D/m最小覆土厚度h/mh/D復(fù)興東路隧道200111．07．70．707大連路隧道200111．07．00．64翔殷路隧道200311．366．90．61上中路隧道200414．58．030．55西藏南路隧道200511．368．50．75軍工路隧道200614．59．20．63崇明越江隧道200615．07．00．47新建路隧道200611．366．00．53外灘通道200713．959．00．65人民路隧道200711．366．00．53長(zhǎng)江西路隧道200815．09．40．63仙霞西路隧道200811．367．00．62龍耀路隧道200811．368．350．74迎賓三路隧道201013．956．60．47

1 上浮的影響因素

盾構(gòu)隧道施工階段產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上浮的原因較多，其中主要分為物理環(huán)境和工藝操作2方面。物理環(huán)境主要包括覆土厚度、地質(zhì)條件、地下水位和結(jié)構(gòu)尺寸及材料重度等。工藝操作主要包括開(kāi)挖卸載、盾構(gòu)姿態(tài)、同步注漿、掘進(jìn)速度、建筑空隙及管片接頭剛度等。隧道結(jié)構(gòu)的浮力可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)浮力。地下水或漿液包裹對(duì)隧道結(jié)構(gòu)形成靜態(tài)浮力，姿態(tài)調(diào)整、注漿壓力等施工因素對(duì)隧道結(jié)構(gòu)形成動(dòng)態(tài)浮力。

1.1 覆土厚度

一定的覆土厚度是保證盾構(gòu)順利掘進(jìn)的前提條件，也是影響結(jié)構(gòu)上浮的客觀因素。以外徑11.36 m、內(nèi)徑10.36 m的上海西藏南路隧道為例，地下水浮力為1 013 kN/m，結(jié)構(gòu)重426 kN/m，浮力大于結(jié)構(gòu)自重。因此，一定的覆土厚度可以提供抗浮力。隧道結(jié)構(gòu)豎向力計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 隧道結(jié)構(gòu)豎向力計(jì)算Table 2 Calculation of vertical force on tunnel structure

隨著隧道直徑的增加，地下水浮力與結(jié)構(gòu)自重的差別越大，所需要的覆土厚度也越大。以結(jié)構(gòu)施工期抗浮安全系數(shù)1.1，地下水假定為地表以下0.5 m，對(duì)不同直徑盾構(gòu)隧道最小覆土厚度進(jìn)行計(jì)算，如圖1所示。由圖1可知，各大斷面隧道施工階段抗浮最小覆土厚度為5.7～7.8 m((0.5～0.54)D)。當(dāng)隧道施工階段覆土厚度小于該值時(shí)，需考慮臨時(shí)抗浮措施。

圖1 施工階段隧道抗浮最小覆土厚度Fig.1 Minimum thickness of overburden of tunnel to resist floating in construction phase

1.2 上覆土的壓縮特性

一般簡(jiǎn)化的抗浮計(jì)算假定隧道上覆土為無(wú)限剛度體，沒(méi)有考慮上覆土的可壓縮性。實(shí)際上，當(dāng)上浮力作用在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)通過(guò)力的傳遞擠壓被擾動(dòng)過(guò)的上覆土體，而上覆土體作為顆粒介質(zhì)必然產(chǎn)生一定的壓縮變形，進(jìn)而產(chǎn)生隧道的上浮。因此，隧道上覆土的壓縮特性一定程度上影響著隧道結(jié)構(gòu)的上浮。

當(dāng)隧道穿越地層或上覆地層存在淤泥、淤泥質(zhì)等高壓縮性軟土?xí)r，需考慮增加結(jié)構(gòu)內(nèi)部配重或采取抗拔等措施以減少向下壓力與浮力的差值，從而減緩隧道因壓縮上覆土體產(chǎn)生局部或整體上浮。

1.3 地下水位

江浙滬軟土地區(qū)水位較高，隧道基本上均位于地下水位以下，因此水位變化并不影響結(jié)構(gòu)所受的水浮力。然而，地下水位能夠影響上覆土的有效壓重和壓縮特性，成為影響隧道上浮的間接因素。通過(guò)抗浮計(jì)算，得到最小覆土厚度隨水位線性變化，水位越高最小覆土越厚(如圖2所示)。

圖2 隧道最小覆土厚度與地下水位關(guān)系Fig.2 Relationship between minimum thickness of overburden and water level

1.4 結(jié)構(gòu)尺寸及材料重度

由表2可知，隧道結(jié)構(gòu)尺寸也是影響上浮的因素之一。此外，隧道結(jié)構(gòu)材料的重度也是自重抗浮的主要影響因素。目前，國(guó)內(nèi)外隧道結(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土管片拼裝而成，少數(shù)隧道采用了鑄鐵等高重度管片，如1880年修建的倫敦地鐵隧道。起初，隧道采用鑄鐵管片并不是考慮抗浮。鑄鐵管片價(jià)格昂貴，后續(xù)逐漸被鋼筋混凝土管片所替代。因此從隧道的經(jīng)濟(jì)性考慮，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)尺寸及重度滿足抗浮需求的代價(jià)較高，不宜采用。

此外，施工階段隧道內(nèi)部存在一定的內(nèi)部配重，由于其難以精確計(jì)算，抗浮計(jì)算時(shí)通常將這部分的有利作用忽略。

1.5 地基回彈

盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，被刀盤(pán)切削下來(lái)的土體遠(yuǎn)遠(yuǎn)比隧道結(jié)構(gòu)重。當(dāng)管片脫出盾尾時(shí)，同步注漿漿液填充底部建筑空隙，并在一定時(shí)間內(nèi)凝固，由于地層應(yīng)力釋放產(chǎn)生的地基回彈使得管片和注漿體共同發(fā)生向上的位移。隧道覆土較深時(shí)，地基回彈作用主要造成管片結(jié)構(gòu)的自身變形，不會(huì)產(chǎn)生隧道結(jié)構(gòu)的整體上浮。當(dāng)隧道覆土較淺時(shí)，地基回彈成為結(jié)構(gòu)整體上浮的影響因素之一。圖3為南京某地鐵隧道0.3D覆土深度下豎向位移的有限元計(jì)算結(jié)果。由圖3可知，淺覆土隧道的地基回彈作用更加明顯，土體開(kāi)挖后隧道結(jié)構(gòu)呈整體上浮狀態(tài)。因此，當(dāng)隧道覆土較淺時(shí)，控制開(kāi)挖卸載引起的地基回彈可以作為隧道上浮的預(yù)防措施之一。

1.6 盾構(gòu)姿態(tài)

盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中存在上坡和下坡。郭宏宇等[2]對(duì)2.7%的下坡盾構(gòu)隧道進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為下坡盾構(gòu)隧道上浮的主要原因除了漿液或地下水的浮力外還有管片脫出盾尾形成的可上浮空間和管片所受千斤頂?shù)捻斖屏?。事?shí)上，盾構(gòu)在下轉(zhuǎn)豎曲線或下轉(zhuǎn)調(diào)向時(shí)，管片除了受浮力外，還受到盾尾千斤頂向上的頂推分力，可能使隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生上浮。

圖3 南京某地鐵隧道豎向位移有限元計(jì)算結(jié)果(單位：mm)Fig.3 Result of finite element calculation of vertical displacement of a Metro tunnel in Nanjing(mm)

此外，為保證隧道設(shè)計(jì)軸線，盾構(gòu)在掘進(jìn)中不斷進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整易使管片受到縱向偏心荷載，造成隧道縱向發(fā)生豎向的彎曲變形。當(dāng)隧道覆土較淺時(shí)，這種彎曲變形更為突出，致使隧道結(jié)構(gòu)局部上浮。因此，盾構(gòu)姿態(tài)一定程度上影響著隧道結(jié)構(gòu)的上浮。

1.7 同步注漿

葉飛等[3]從盾構(gòu)隧道上覆土的最小覆土厚度計(jì)算入手，提出注漿漿液或泥漿、水等液體包裹管片而形成的靜態(tài)浮力不足以使隧道上浮，認(rèn)為注漿壓力產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)浮力是施工階段隧道上浮的主要原因。楊方勤[4]認(rèn)為注漿壓力為瞬間荷載，不至于引起隧道上浮，而流塑態(tài)漿液是引起隧道上浮的主要原因。事實(shí)上，施工中同步注漿漿液通過(guò)流動(dòng)填充管片脫出后的建筑空隙，漿液壓力也隨之開(kāi)始消散。鑒于注漿壓力消散的不確定性，其作為隧道上浮的主要原因還值得商榷。

施工階段，地下水產(chǎn)生的浮力大于結(jié)構(gòu)自重，而同步注漿漿液的重度一般比水重度大得多。結(jié)構(gòu)成型的前期階段，漿液有較好的流動(dòng)性，其對(duì)結(jié)構(gòu)的上浮作用較明顯。隨著時(shí)間推移，同步注漿漿液逐漸凝固，作用在結(jié)構(gòu)上的浮力則主要由地下水產(chǎn)生。

因此，同步注漿漿液的重度、凝固時(shí)間、可稀釋性等特性在一定階段影響著隧道結(jié)構(gòu)的上浮。當(dāng)隧道覆土較淺，由漿液產(chǎn)生的上浮力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響更明顯。

1.8 掘進(jìn)速度

盾構(gòu)的掘進(jìn)速度影響著隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定時(shí)間。盾構(gòu)掘進(jìn)速度過(guò)快，同步注漿漿液沒(méi)有足夠的時(shí)間達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，管片長(zhǎng)時(shí)間受到比水浮力更大的漿液浮力而上浮。盾構(gòu)的掘進(jìn)速度與同步注漿漿液特性共同影響著隧道結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定。當(dāng)覆土較淺時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)快易導(dǎo)致地層的劇烈擾動(dòng)，隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，為抗浮控制帶來(lái)一定的難度。

1.9 管片接頭剛度

管片接頭分為環(huán)向和縱向接頭?？v向接頭的提高能夠增強(qiáng)單環(huán)的整體性和抗變形能力，并不能改變隧道上浮的趨勢(shì)?？v向接頭也不能影響結(jié)構(gòu)上浮力的產(chǎn)生，不是結(jié)構(gòu)上浮的主要影響因素，但其剛度增強(qiáng)能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗浮提供一定的貢獻(xiàn)。環(huán)向接頭通過(guò)縱向螺栓和凹凸榫將上浮力產(chǎn)生的剪力傳遞到鄰近管片，通過(guò)隧道縱向剛度的提升減緩每環(huán)結(jié)構(gòu)的上浮趨勢(shì)。沈林沖等[5]考慮縱向螺栓的抗剪作用對(duì)最小埋深進(jìn)行了探討分析，得到了考慮螺栓抗剪作用下的最小埋深值。

縱向螺栓可以為隧道整體抗浮提供一定的抗剪力，但實(shí)質(zhì)上一旦隧道開(kāi)始上浮，主要發(fā)揮抗剪作用的螺栓僅為抗浮臨界覆土處的某幾環(huán)或僅一環(huán)螺栓?？紤]到隧道結(jié)構(gòu)的重要性，螺栓抗剪應(yīng)僅作為一種安全儲(chǔ)備，不宜針對(duì)螺栓抗剪進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

1.10 泥漿后竄

目前，國(guó)內(nèi)大斷面盾構(gòu)隧道多采用泥水盾構(gòu)施工。泥水盾構(gòu)通過(guò)掌子面泥水壓力來(lái)保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，施工中不可避免地出現(xiàn)泥漿向隧道后方流竄，從而產(chǎn)生較大的浮力，造成隧道上浮。泥漿比重比地下水大，通過(guò)泥漿配優(yōu)化，研發(fā)高性能低比重泥漿材料可以減少因泥漿后竄產(chǎn)生的隧道上浮。

綜上所述，可能產(chǎn)生隧道上浮力的主要因素為地下水、同步注漿漿液特性、盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整、地基回彈、泥漿后竄；間接影響隧道上浮趨勢(shì)的主要因素為覆土厚度、地下水位、結(jié)構(gòu)尺寸和材料重度、上覆土壓縮特性、掘進(jìn)速度、管片接頭剛度。

除此之外，影響隧道結(jié)構(gòu)上浮的不確定因素還有成型隧道內(nèi)的后續(xù)施工、臺(tái)車前行卸載效應(yīng)、跟蹤注漿、砂土液化及地面卸載等。

2 控制措施

隧道施工期的受力較為復(fù)雜，成環(huán)管片脫出盾尾前，主要受自重和盾尾的支撐力；管片脫出盾尾后，管片受到地層壓力、水壓力及壁后注漿壓力。抗浮控制措施應(yīng)以改善隧道結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和受力環(huán)境為主。從經(jīng)濟(jì)可行性的角度，隧道施工期可以針對(duì)地下水位、同步注漿漿液特性、盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整、泥漿后竄、覆土厚度、上覆土壓縮特性、掘進(jìn)速度、管片接頭剛度采取改善或控制措施以減緩隧道的上浮。

2.1 上覆壓重

上覆壓重是指在淺覆土段沿隧道斷面寬度將黏土包(見(jiàn)圖4)、混凝土碎渣(見(jiàn)圖5)、鋼渣等重物預(yù)先壓在隧道頂部地表。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，上覆壓重提供的壓力有利于刀盤(pán)的切削穩(wěn)定。管片脫出盾尾后，上覆壓重提供了抵抗隧道上浮的豎向力，減弱了隧道結(jié)構(gòu)上浮的程度。

上覆壓重的高度

式中：d臨界為滿足施工期抗浮要求的臨界覆土厚度；d實(shí)際為滿足隧道頂部實(shí)際覆土厚度；γ土為原狀土加權(quán)平均重度；γ渣為壓重材料平均重度。

圖4 黏土包

圖5 混凝土渣

2.2 改善上覆土特性

江浙滬地區(qū)軟土分布廣泛，地下暗浜時(shí)有存在。在穿越這些區(qū)域時(shí)，淺埋隧道的上浮趨勢(shì)將造成上覆土體的壓縮變形，進(jìn)而為隧道上浮提供了可能性。通過(guò)旋噴樁、水泥土攪拌樁、注漿等加固手段，可以對(duì)淺埋隧道不滿足抗浮的區(qū)段進(jìn)行土體改良。目前，加固程度和范圍可借助數(shù)值軟件分析得到指導(dǎo)數(shù)據(jù)，尚不能做到精確計(jì)算。

2.3 優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)與姿態(tài)控制

盾構(gòu)的施工參數(shù)需根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)姿態(tài)及施工經(jīng)驗(yàn)綜合確定。

選擇泥水盾構(gòu)的切口水壓時(shí)，需根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)的緩坡段和直線段分別進(jìn)行設(shè)定。在淺埋段，在不影響工期情況下適當(dāng)放慢掘進(jìn)速度和提高拼裝速度可以為同步注漿漿液提供足夠的凝固時(shí)間，進(jìn)而減緩隧道的不穩(wěn)定時(shí)間，達(dá)到延緩上浮的目的。例如南京長(zhǎng)江隧道淺覆土段控制推進(jìn)速度在30 mm/min以內(nèi)。

控制管片的拼裝質(zhì)量可以減少管片脫出后隧道結(jié)構(gòu)的變形。淺覆土隧道受到較明顯的上浮作用，縱向剪力效應(yīng)較明顯，提高拼裝質(zhì)量增強(qiáng)縱向剛度可以延緩隧道結(jié)構(gòu)的上浮趨勢(shì)。

另外，淺覆土段盾構(gòu)姿態(tài)控制尤為重要。施工中，機(jī)組人員應(yīng)嚴(yán)格遵照規(guī)程操作，避免人為因素超挖引起的頻繁糾偏。在陡坡與緩坡的過(guò)渡段，要緩慢勻速糾偏，每前進(jìn)一段進(jìn)行掘進(jìn)參數(shù)復(fù)核和變形控制分析，進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息化施工。

2.4 打設(shè)門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)

當(dāng)隧道覆土極淺時(shí)，一般需在注漿等加固措施的基礎(chǔ)上施作抗浮結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)存在應(yīng)用先例的抗浮結(jié)構(gòu)主要為抗浮板和抗拔樁，其組合形式常被稱為門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)。張慶賀等[6]以南京1號(hào)線下穿內(nèi)秦淮河為背景，研究了門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)在隧道上覆土僅0.7 m工況下的應(yīng)用效果(見(jiàn)圖6(a))。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)在控制盾構(gòu)上飄和隧道上浮方面起到了預(yù)期的效果。此外，上海東方路下立交在上穿地鐵2號(hào)線時(shí)也采用了門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)的原理(見(jiàn)圖6(b))。

(a) 南京地鐵1號(hào)線

(b) 上海東方路下立交

從力學(xué)機(jī)制上分析，抗浮板和抗拔樁的組合對(duì)隧道周圍土體產(chǎn)生了約束，受約束的土體抑制了隧道結(jié)構(gòu)的上浮。但抗浮板結(jié)構(gòu)的合理尺寸設(shè)計(jì)、抗浮效果的評(píng)價(jià)等經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，有待針對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2.5 改善注漿工藝及漿液性能

同步注漿工藝的改善主要是針對(duì)其同步性、注漿點(diǎn)位、注漿量及注漿壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。為保證壁后注漿的同步性，在試掘進(jìn)階段應(yīng)針對(duì)注漿系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，并對(duì)鋼絲刷質(zhì)量和止?jié){效果進(jìn)行檢查。在設(shè)備和內(nèi)部空間允許的情況下，根據(jù)地層情況合理布置注漿孔的位置和數(shù)量。同時(shí)，調(diào)整合理的注漿壓力(一般不大于0.3 MPa)和注漿量使得漿液能夠及時(shí)均勻地填充到建筑空隙內(nèi)，提高注漿工藝的水平。根據(jù)隧道整體上浮情況，隧道掘進(jìn)中可采取上部點(diǎn)位多注漿，下部點(diǎn)位少注漿，抑制隧道上浮。壓力設(shè)置時(shí)，可根據(jù)地層壓力情況，頂部稍提高，底部稍降低。

此外，漿液性能的改進(jìn)是改善隧道上浮的重要措施。配制同步注漿漿液時(shí)，其膠凝時(shí)間應(yīng)與掘進(jìn)速度相匹配，同時(shí)應(yīng)具有良好的抗稀釋性。漿液還應(yīng)該有較強(qiáng)的早期強(qiáng)度。適當(dāng)降低粉煤灰和增加黃砂的摻加量降低漿液的流動(dòng)性，適當(dāng)增加膨潤(rùn)土的含量降低漿液的泌水率，通過(guò)配合比的優(yōu)化得到早期強(qiáng)度高的漿液。而超大直徑隧道由于開(kāi)挖面大，漿液必須要有良好的流動(dòng)性和填充性，為了能獲得較高的早期強(qiáng)度而又不影響漿液塌落度和流動(dòng)性，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)來(lái)進(jìn)行分析總結(jié)，從而確定這個(gè)平衡點(diǎn)。在保證漿液的充填特性后，還應(yīng)適當(dāng)降低漿液的密度，以減少因高重度漿液引起的上浮。但漿液齡期一般隨漿液密度的降低而增加，因此，需結(jié)合同步注漿試驗(yàn)對(duì)漿液性能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后得到一種抗浮性能較好的漿液配比。漿液塌落度的測(cè)定見(jiàn)圖7。

圖7 漿液塌落度測(cè)定

2.6 二次注漿

在隧道成型后的一定范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)管片進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，如發(fā)生上浮位移過(guò)量，適當(dāng)進(jìn)行頂部的二次注漿，注漿量和注漿壓力根據(jù)實(shí)時(shí)上浮位移監(jiān)測(cè)值進(jìn)行調(diào)整。

2.7 加強(qiáng)管片縱向連接

在一些淺覆土的特殊地段，增加縱向螺栓數(shù)量和直徑，能使管片的豎向抗剪能力提高。但基于隧道長(zhǎng)期受力的不確定性，縱向螺栓加強(qiáng)不宜作為永久抗浮措施，可作為臨時(shí)措施。此外，管片環(huán)間還可以通過(guò)設(shè)置凸凹榫等增強(qiáng)摩擦力措施來(lái)提高接頭的抗剪能力，從而抵抗隧道上浮。管片縱向長(zhǎng)螺栓布置圖見(jiàn)圖8。

圖8 管片縱向長(zhǎng)螺栓布置圖

2.8 其他

隧道內(nèi)部增設(shè)管片整體穩(wěn)定裝置，增強(qiáng)成型隧道的縱向整體性，并為漿液穩(wěn)定隧道結(jié)構(gòu)提供時(shí)間條件，從而有利于隧道的抗浮。隧道施工中，淺覆土隧道結(jié)構(gòu)變形和軸線監(jiān)測(cè)信息的及時(shí)反饋，能夠指導(dǎo)隧道上浮原因的剖析和抗浮措施的制定。

3 結(jié)論與建議

軟土盾構(gòu)隧道施工期上浮的影響因素較多，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)施工工藝的剖析和抗浮措施的探討，主要得到以下結(jié)論：

1)可能產(chǎn)生隧道上浮力的主要因素有地下水、同步注漿漿液、盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整、地基回彈及泥漿后竄。

2)間接影響隧道上浮趨勢(shì)的主要因素有覆土厚度、地下水位、結(jié)構(gòu)尺寸和材料重度、上覆土壓縮特性、掘進(jìn)速度和管片接頭剛度。

3)針對(duì)施工期隧道上浮，主要的措施有增加上覆土臨時(shí)壓重、優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)與姿態(tài)控制、打設(shè)門(mén)式抗浮結(jié)構(gòu)、改善注漿工藝及漿液性能、二次注漿、加強(qiáng)管片縱向連接等。

4)施工期隧道的抗浮措施需考慮多種措施的組合，并結(jié)合可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性綜合確定。

施工期間影響隧道上浮的任何因素都不能認(rèn)為是絕對(duì)的主要因素。某一因素的影響力僅在一定范圍發(fā)揮主導(dǎo)作用，其發(fā)揮程度也需根據(jù)具體的施工環(huán)境而定。此外，不同的環(huán)境狀態(tài)下，往往多項(xiàng)因素共同主導(dǎo)了隧道施工期的上浮。目前，僅能給出理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)下的定性分析，待后續(xù)引用大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，通過(guò)敏感度分析進(jìn)一步給出較準(zhǔn)確的判斷。

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武漢光谷廣場(chǎng)將建成國(guó)內(nèi)最復(fù)雜地下工程

2014年12月3日，一份“武漢軌道交通2號(hào)線南延線光谷廣場(chǎng)綜合體工程設(shè)計(jì)中標(biāo)公示”在網(wǎng)上熱傳，經(jīng)向多個(gè)相關(guān)部門(mén)求證獲悉，此消息屬實(shí)，光谷廣場(chǎng)綜合體工程預(yù)計(jì)將在今年年內(nèi)動(dòng)工，工程將投資22億元，工期1 440 d，大約4年。在光谷廣場(chǎng)地下，公路隧道、地鐵隧道、地鐵站和地下商城將構(gòu)成國(guó)內(nèi)最復(fù)雜的地下工程。

光谷廣場(chǎng)地下挖4層國(guó)內(nèi)最復(fù)雜的地下空間

中標(biāo)公告顯示，光谷廣場(chǎng)綜合體位于光谷廣場(chǎng)下方，是軌道交通2號(hào)線南延線工程的建設(shè)起點(diǎn)，建設(shè)工期4年。2號(hào)線南延線、9號(hào)線、11號(hào)線3條地鐵線路在此交會(huì)，珞喻路和魯磨路2條市政隧道也由此穿越。按照規(guī)劃，2號(hào)線南延線將于近期開(kāi)工建設(shè)，光谷廣場(chǎng)將正式開(kāi)挖。

光谷廣場(chǎng)綜合體包括2條汽車隧道、3條地鐵、1個(gè)地下商城和地下停車場(chǎng)，地下共有4層，是目前國(guó)內(nèi)最復(fù)雜的地下空間。其中，地下1層為地下公共空間；地下2層為地鐵9號(hào)線站廳和站臺(tái)、11號(hào)線站廳及區(qū)間隧道、魯磨路下穿公路隧道以及部分地下公共空間；地下3層為2號(hào)線南延長(zhǎng)線隧道、珞喻路下穿公路隧道、地下停車場(chǎng)以及9，11號(hào)線換乘通道；地下4層為11號(hào)線站臺(tái)及區(qū)間隧道。

地鐵車站埋深每增加1 m，施工風(fēng)險(xiǎn)將呈幾何級(jí)數(shù)倍增，預(yù)計(jì)本工程將面臨極大的施工難度挑戰(zhàn)，或創(chuàng)造國(guó)內(nèi)地下綜合工程施工新紀(jì)錄。

光谷廣場(chǎng)將成軌道交通樞紐

未來(lái)，武漢軌道交通規(guī)劃為2號(hào)線南延線、9號(hào)線和11號(hào)線將在光谷廣場(chǎng)匯聚，其中9號(hào)線和11號(hào)線將在光谷廣場(chǎng)的正下方實(shí)現(xiàn)換乘，站臺(tái)也將設(shè)置于廣場(chǎng)地下。

11號(hào)線全線西起蔡甸柏林，東止光谷左嶺新城，全長(zhǎng)約68 km，設(shè)站34座，是武漢市目前已經(jīng)公布的最長(zhǎng)軌道交通線路。該線路從光谷廣場(chǎng)出發(fā)后，到達(dá)地鐵11號(hào)線東段的起始站光谷火車站。

2號(hào)線南延線則是光谷地區(qū)的一條軌道交通大動(dòng)脈，從光谷廣場(chǎng)到高新六路和光谷一路交會(huì)處附近，能實(shí)現(xiàn)大光谷地區(qū)與天河機(jī)場(chǎng)的直接連接，是貫穿武漢市南北的大動(dòng)脈。11月，該工程已進(jìn)行了規(guī)劃公示。

地鐵9號(hào)線則是遠(yuǎn)期規(guī)劃線路，大致方向?yàn)橹参飯@—江夏城區(qū)。

充分利用地下空間解決交通問(wèn)題是國(guó)際趨勢(shì)

光谷廣場(chǎng)是由5條路匯聚而成的畸形路口，大學(xué)聚集，地鐵2號(hào)線引入后，帶來(lái)了更大的客流量，且該區(qū)域與江夏、左嶺、花山、光谷新城緊鄰，是城市的一個(gè)主要堵點(diǎn)。多年來(lái)一直探討解決之策，原來(lái)有人建議修高架、天橋，但經(jīng)過(guò)規(guī)劃、交通等部門(mén)論證，最終決定通過(guò)地下解決。未來(lái)地鐵11號(hào)線東線也將從光谷廣場(chǎng)地下穿過(guò)，光谷廣場(chǎng)將形成一個(gè)超大型交通換乘樞紐，正好利用這一契機(jī)同步進(jìn)行地下商城開(kāi)發(fā)。

目前，歐美、日本、香港等國(guó)際大都市均利用地下綜合體來(lái)解決平面交通擁堵問(wèn)題，將人流往下引，降低對(duì)地面的影響，今后地下出入口也能與周邊商業(yè)銜接，而無(wú)需從地面抵達(dá)。雖然地下開(kāi)挖成本高于地上，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，地下綜合體未來(lái)所發(fā)揮出的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益將更大。

(摘自 中國(guó)巖土網(wǎng) ttp://news.yantuchina.com/20296.html 2014-12-04)

CountermeasuresforFloatingofLarge-diameter
SlurryShieldTunnelinSoftSoil

WANG Xin,LI Tingping,WANG Yinchang

(ShanghaiUrbanConstructionDesign&ResearchInstitute,Shanghai200125,China)

Due to the shallow overburden near the working shaft,tunnel floating often occurs when a large-diameter slurry shield bores adjacent to the working shaft.In this paper,the physical environment and operation techniques of slurry shield that affect the floating of shield-bored tunnels are analyzed,with considering the design experience of slurry shield-bored tunnels in soft soil area.The study results show that the main factors that affect the tunnel floating include ground water,simultaneous grouting,shield attitude control,ground reaction and grout back-flowing; the main factors that have indirect influence on the tunnel floating include overburden thickness,ground water level,tunnel dimension,material density,overburden compression characteristics,shield boring speed and segment joint stiffness; main countermeasures for tunnel floating include installing artificial overburden,optimizing the shield boring parameters and shield attitude control,installing floating-resistant portal structures,improving the grouting techniques and the grout performance,carrying out secondary grouting and strengthening the longitudinal connections between segments.

soft soil; large diameter slurry shield; tunnel floating; influence factor; countermeasure

2013-12-23；

2014-10-09

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助項(xiàng)目(11231202703)；上海城建集團(tuán)A類科研攻關(guān)項(xiàng)目 (2011-A-02)

王新(1984—)，男，山東聊城人，2011年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，地質(zhì)工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)科研工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.12.009

U 45

A

1672-741X(2014)12-1168-07