蔡 衛(wèi) 兵

(鎮(zhèn)江索普建筑安裝工程有限責(zé)任公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212024)

近距側(cè)穿地鐵車站時(shí)盾構(gòu)對(duì)土體的擾動(dòng)分析

蔡 衛(wèi) 兵

(鎮(zhèn)江索普建筑安裝工程有限責(zé)任公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212024)

以上海地鐵7號(hào)線某側(cè)穿地下連續(xù)墻的區(qū)間隧道工程為背景，對(duì)隧道周圍的孔隙水壓力、土體水平位移現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)周圍土層的影響規(guī)律，可為今后類似工程施工提供重要的技術(shù)參考與借鑒。

近接施工，盾構(gòu)掘進(jìn)，現(xiàn)場監(jiān)測

盾構(gòu)法是暗挖隧道的專用機(jī)械在地面以下建造隧道的一種施工方法[1]。盾構(gòu)法在國內(nèi)通過若干年的實(shí)踐，在施工技術(shù)上的不斷改進(jìn)，機(jī)械化程度越來越強(qiáng)，對(duì)地層的適應(yīng)性也越來越好。盾構(gòu)法尤其是在建筑公用設(shè)施密集，交通繁忙的城市市區(qū)，建設(shè)城市地下鐵道、上下水道、電力通訊、市政公用設(shè)施等各種隧道具有明顯優(yōu)點(diǎn)。

盾構(gòu)施工對(duì)土體不可避免地造成擾動(dòng)。土的擾動(dòng)是指由于外界機(jī)械作用造成的土的應(yīng)力釋放，體積、含水量或孔隙水壓力的變化，特別是土體結(jié)構(gòu)的破壞和變化[2-4]。目前城市地鐵工程建設(shè)所面臨的周圍環(huán)境越來越復(fù)雜，穿越障礙物或近距離通過既有建(構(gòu))筑物的情況也越來越多。盾構(gòu)掘進(jìn)是通過擾動(dòng)周圍土體，改變地層位移場、應(yīng)力場，對(duì)已有建(構(gòu))筑物產(chǎn)生影響。在周圍復(fù)雜環(huán)境下，掌握和認(rèn)識(shí)盾構(gòu)掘進(jìn)引起的周圍土體的擾動(dòng)規(guī)律，既能有效確保工程的安全順利進(jìn)行，又能降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。

1 工程概況

上海軌道交通7號(hào)線區(qū)一區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構(gòu)法施工，一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)從某工作井進(jìn)洞，沿著隧道軸線往前掘進(jìn)，至白楊路站出洞。本文研究對(duì)象是靠近白楊路站接受井前的一段掘進(jìn)距離，如圖1所示。掘進(jìn)線路旁存在一段已建地鐵車站的地下連續(xù)墻，隧道與連續(xù)墻的最近距離只有3.8 m。隧道主要通過的土層為：第④1層飽和軟粘性土(局部為第⑤1層)。均屬高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度、低滲透性的飽和粘性土。

2 測點(diǎn)布置

在距離白楊路站地下連續(xù)墻20 m范圍內(nèi)布設(shè)四個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)的平面位置如圖2所示。其中，G1，G2測點(diǎn)用來觀測土體深層水平位移，通過鉆孔埋設(shè)的直徑為70 mm測斜管觀測，測斜管底部距地表29 m；K1,K2測點(diǎn)用來觀測土體孔隙水壓，采用鉆孔埋設(shè)的孔隙水壓計(jì)觀測，孔隙水壓計(jì)埋設(shè)在對(duì)應(yīng)隧道軸線處，K1,K2的標(biāo)高分別為-12 m,-12.2 m。

3 監(jiān)測結(jié)果及分析

3.1 孔隙水壓力

圖3，圖4分別表示了推進(jìn)過程中盾構(gòu)機(jī)頭與K1，K2不同距離時(shí)測得的孔隙水壓計(jì)數(shù)值變化的情況。橫坐標(biāo)表示盾構(gòu)機(jī)頭距離測點(diǎn)的距離，縱坐標(biāo)表示不同距離的孔隙水壓，這里的孔隙水壓是扣除初始孔隙水壓后由于盾構(gòu)推進(jìn)擠壓而產(chǎn)生的超孔隙水壓。

1)K1。圖3是盾構(gòu)推過K1前后孔隙水壓值變化的情況，K1的值基本呈正態(tài)分布變化，在D=+12 m～-12 m范圍內(nèi)，K1變化比較顯著。在盾構(gòu)通過K1前后其值達(dá)到最大，最大孔隙水壓變化值為77.8 kPa，盾構(gòu)推進(jìn)速度的減小有效緩解了孔隙水壓積聚的情況。盾構(gòu)完全出洞后K1變化值為31 kPa，60 d后，超孔隙水壓已基本完全消散，穩(wěn)定在20 kPa左右。

2)K2。圖4是盾構(gòu)推過K2前后孔隙水壓值變化的情況，同樣，K2的值基本呈正態(tài)分布變化，在D=+13 m～-12 m范圍內(nèi)，K2變化比較顯著。K2的最大孔隙水壓變化值為69.7 kPa，在盾構(gòu)通過K2前后其值達(dá)到最大。盾構(gòu)完全出洞60 d后測得K2變化值穩(wěn)定在10 kPa左右。

3.2 土體深層水平位移

圖5,圖6分別表示測點(diǎn)G1,G2處深層土體位移隨盾構(gòu)推進(jìn)距離變化的情況。圖中D表示盾構(gòu)機(jī)頭與相應(yīng)測點(diǎn)的距離，正值表示沿盾構(gòu)機(jī)頭掘進(jìn)方向未經(jīng)過該測點(diǎn)前的距離，負(fù)值表示經(jīng)過該測點(diǎn)后的距離。兩圖中的橫坐標(biāo)是不同距離處測得的土體深層水平位移，大于零的位移表示偏向地鐵車站方向，小于零的位移表示偏向正在掘進(jìn)的隧道方向。

1)G1。圖5表示了推進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)頭與G1三種不同距離時(shí)的土體深層水平位移值。由圖5可看出，三條位移曲線的整體趨勢(shì)是測斜管口附近向地下連續(xù)墻方向偏移，隧道軸線附近的位移往盾構(gòu)推進(jìn)一側(cè)偏移。盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)此處土體擾動(dòng)程度較輕，管口和軸線處的最大位移值都發(fā)生在D=-14.4 m處，管口處的最大值約為10 mm，軸線處的最大值約為5 mm。

2)G2。圖6表示了推進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)頭與G2三種不同距離時(shí)的土體深層水平位移值。由圖6可看出，盾構(gòu)推過測點(diǎn)G2前后，該處的土體受到的擾動(dòng)較大。三條位移曲線表現(xiàn)出了不同的變化規(guī)律，D=14.4 m時(shí)，位移曲線整體都往地下連續(xù)墻方向偏移，最大位移發(fā)生在管口附近，約為20 mm；而D=0 m及D=-12 m的位移曲線整體是往盾構(gòu)推進(jìn)一側(cè)偏移，最大位移發(fā)生在隧道軸線附近，約為15 mm。

4 結(jié)語

1)隨著盾構(gòu)與孔壓計(jì)距離的接近，K1,K2值基本呈正態(tài)分布變化，在D=+13 m～-12 m范圍內(nèi)變化比較顯著，在盾構(gòu)通過孔隙水壓計(jì)前后其值達(dá)到最大，K1與K2的最大值分別為77.8 kPa，69.7 kPa。另外，盾構(gòu)推進(jìn)速度對(duì)孔隙水壓影響較大。

2)盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)G1處位移影響較小，最大位移發(fā)生在管口處，約為10 mm，G2測點(diǎn)處深層土體位移影響較大，在通過測點(diǎn)G2前后，土體水平位移產(chǎn)生了往復(fù)的波動(dòng)，波動(dòng)的最大絕對(duì)值為25 mm。G1及G2處土體位移與之間D的無明顯變化規(guī)律可遵循。

3)由于鄰近地下連續(xù)墻的存在，盾構(gòu) 掘進(jìn)對(duì)周圍土體的擾動(dòng)程度隨著隧道軸線與連續(xù)墻距離的減小而增大。

[1] 劉建航,侯學(xué)淵.盾構(gòu)隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1991.

[2] 易宏偉,孫 鈞.盾構(gòu)施工對(duì)軟粘土的擾動(dòng)機(jī)理分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,28(3):277-281.

[3] 張 云,殷宗澤,徐永福.盾構(gòu)法隧道引起的地表變形分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2002,21(3):388-392.

[4] 蔣洪勝,侯學(xué)淵.盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)隧道周圍土層擾動(dòng)的理論與實(shí)測分析[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(9):514-520.

On perturbation analysis of shielding on soil of low coverage side-crossing at subway stations

Cai Weibing

(ZhenjiangSuopuArchitecturalInstallationEngineeringCo.,Ltd,Zhenjiang212024,China)

Taking the section tunnel project of some side-crossing underground continuous walls along No.7 Shanghai Subway as the background, the paper analyzes the site inspection data of surrounding pore water pressure of tunnels and the soil horizontal displacement, and concludes the influential law of shielding on surrounding soil layers, so as to provide important technical reference for similar projects.

approach excavation, shield jacking, site inspection

2015-02-27

蔡衛(wèi)兵(1967- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0190-03

U445.43

A