劉　　瑋，楊安民，傅金陽，陽軍生（.廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州　　5060；.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙　　40075）

廣佛城際鐵路小凈距大直徑盾構隧道后行線掘進對先行線管片的影響

劉瑋1，楊安民2，傅金陽2，陽軍生2
（1.廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州510620；2.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙410075）

對廣州至佛山城際鐵路小凈距大直徑盾構雙線隧道施工過程中管片的變位進行了現場監(jiān)測與數據分析，探討了后行線施工引起的先行線管片的變形特性。結果表明:先行線管片附加水平位移與自身變形隨后行線盾構掘進都經歷了“微量增加、明顯增加、突變、回縮直至穩(wěn)定”4個階段，離后行線越近位移量越大；淺埋小凈距條件下，對后行線施工擾動的敏感程度先行線管片上部區(qū)域比下部區(qū)域高；后行線盾構刀盤開挖階段比拼裝管片階段對先行線管片的擾動作用大。

小凈距隧道；大直徑盾構；先行線；管片；變位；實測分析

盾構法作為一種快速、安全、對外界環(huán)境擾動小的施工方法，目前在城市軌道交通建設中已獲得廣泛應用。采用盾構法施工的隧道多為并行隧道。由于受周邊地下建（構）筑物的影響，或者為了滿足線路規(guī)劃設計的要求，有時兩條隧道的凈距小于規(guī)范限制的最小值6 m［1］。小凈距條件下，如何控制后行線施工對先行線的影響，確保先行線的安全穩(wěn)定，是盾構隧道設計施工需重點解決的問題。

國內外學者針對小凈距平行盾構隧道施工相互影響問題進行了大量研究，研究手段以理論分析、數值模擬及模型試驗為主。Yamaguchi等［2］針對4條平行盾構隧道近距離掘進過程中圍巖與隧道的相互作用進行了研究；Koyama［3］在總結日本盾構法隧道技術及現狀時，也對小凈距隧道施工問題進行了闡述。在國內，晏莉等［4-5］針對淺埋雙孔平行隧道平面彈性問題提出了復變函數與交替算法相結合的理論解析方法，獲得了隧道開挖后圍巖的應力和位移解；張頂峰［6］推導出了淺埋新建盾構隧道施工過程對既有隧道變形影響的解析解，并通過隧道襯砌允許裂縫寬度反演計算出了隧道的極限變形；陶連金等［7］通過數值模擬方法研究了盾構近接工程中新建盾構隧道施工對既有盾構隧道縱向和橫向變位、附加彎矩及軸力的影響規(guī)律；何川等［8］采用相似模型試驗和三維有限元數值分析手段，對新建隧道施工所引起的已建平行隧道縱向變形、縱向附加軸力和彎矩、橫向變形、橫向附加軸力和彎矩進行了深入研究；張明聚等［9］通過現場監(jiān)測，研究了小凈距平行盾構隧道施工中后行線掘進引起的先行線管片附加應力變化。

本文針對廣州至佛山城際鐵路陳村2號隧道盾構始發(fā)段雙線凈距小、埋深淺、地層條件復雜的特點，通過對大直徑盾構隧道先行線管片變位的現場監(jiān)測與數據分析，探討后行線施工所引起的先行線管片變位規(guī)律。

1　工程概況

廣州至佛山城際鐵路陳村2號隧道位于佛山市順德區(qū)陳村鎮(zhèn)及廣州市番禹區(qū)，連接陳村站與廣州南站。隧道全長3 969 m，其中盾構段長3 385.5 m［10］。盾構段采用2臺土壓平衡盾構進行施工，直徑為8.84 m。管片外徑8.50 m，內徑7.70 m，寬1.60 m，由4塊標準塊，2塊連接塊和1塊封頂塊組成，強度等級為C50。右線比左線早約2個月推進，因此，右線為先行線、左線為后行線。

陳村2號隧道盾構始發(fā)段位于2.95%的縱坡段上，雙線凈距僅約3～4 m，最小覆土厚度約5.5 m。地質條件復雜，地下水位很淺，埋深0～2.1 m，所穿越地層從上到下依次為淤泥、粉細砂、全～弱風化泥巖（見圖1）。

鑒于盾構始發(fā)段存在雙線凈距小、埋深淺、坡度大、穿越地層為高水位復合軟弱地層等不利因素，為保證盾構施工的安全進行，需在盾構掘進前對始發(fā)段地層進行加固。加固平面圖見圖 2，在 DK31+441—DK31+459設置3道厚800 mm素混凝土地下連續(xù)墻；對DK31+441—DK31+510段采用水泥土攪拌樁加固，平面加固范圍為結構線外3 m，上部加固至拱部以上3 m，下部深入全風化層1 m。實際施工中為避開地表比較密集的建（構）筑物，連續(xù)墻用φ800鉆孔灌注樁代替，水泥土攪拌樁的布置密度有所減小。

圖1　始發(fā)段縱剖面

圖2　始發(fā)段地層加固平面

2　既有線變位監(jiān)測

2.1測點布置

在右線加固區(qū)范圍內選取DK31+475，DK31+ 490共2個斷面布設管片變位測點，測試分析左線盾構掘進對右線的影響。2個斷面的雙線凈距分別為3.4，3.6 m。每斷面布設8個測點，位置見圖3。測點的布置方式為先在大號螺栓的側面粘貼反射片，再將螺栓粘貼于管片內壁對應位置。

圖3　右線管片測點布置示意

2.2監(jiān)測儀器與方法

監(jiān)測儀器為徠卡TS06全站儀，采用坐標法進行監(jiān)測，測站點與后視點布置于盾構始發(fā)井前的明挖段底板上，兩者對應里程分別為DK31+418，DK31+370。

3　監(jiān)測結果分析

3.1管片附加水平位移

假設左線盾構刀盤未到達監(jiān)測斷面時，刀盤與監(jiān)測斷面的距離為負值；刀盤通過監(jiān)測斷面后，刀盤與監(jiān)測斷面的距離為正值。盾殼長度為10.4 m。2個斷面監(jiān)測結果見圖4。監(jiān)測斷面右線管片水平偏移示意如圖5。

圖4　監(jiān)測斷面右線管片附加水平位移曲線

圖5　監(jiān)測斷面右線管片水平偏移示意

分析圖4、圖5可知：

1）左線盾構推進過程中，監(jiān)測斷面右線管片的附加水平位移表現為“微量增加、明顯增加、突變、回縮直至穩(wěn)定”4個階段：①當左線刀盤落后監(jiān)測斷面的距離＞10 m時，右線管片的附加水平位移不明顯，總體略有增加；②當左線刀盤落后監(jiān)測斷面的距離＜10 m時，管片向右側的附加水平位移量隨左線盾構推進有較為明顯的增加；③當左線刀盤到達監(jiān)測斷面時，右線管片的附加水平位移量出現跳躍式的增加，且在左線刀盤穿過至盾尾到達監(jiān)測斷面期間，位移量仍略有增大；④左線盾尾穿過監(jiān)測斷面后，右線管片的附加水平位移在向左側一定程度回縮之后逐漸穩(wěn)定。

2）左線盾構通過監(jiān)測斷面的過程中，右線管片的附加水平位移表現為整體向右偏移?？拷缶€一側3個測點（1#，2#，3#）中，拱腰處（2#）的位移量最大，其次為拱腰上部45°方向（3#），拱腰下部45°方向（1#）位移量最?。贿h離左線一側的3個測點（4#，5#，6#）的位移量均較同一水平面上另一側測點小。

2個監(jiān)測斷面右線管片附加水平位移最大時對應的左線刀盤與監(jiān)測斷面距離及各監(jiān)測點的數值見表1。

表1　右線管片附加水平位移最大值

由表1、圖5均可看出，DK31+475斷面右線管片的附加水平位移較 DK31+490斷面大。這是因為：①和DK31+475斷面相比，DK31+490斷面雙線凈距較大、埋深較深、離始發(fā)井較遠；②盡管兩斷面均處于始發(fā)試掘階段，但通過一段距離的調整，左線盾構推進到DK31+490斷面時施工參數與 DK31+475斷面相比已進行了優(yōu)化，故能更有效地控制盾構掘進對周邊土層的擾動。

3.2管片變形

由上節(jié)分析可知，右線管片靠近左線一側3個測點的附加水平位移量均比同一水平面上遠離左線一側的測點大，說明管片自身產生了相對變形。圖6為DK31+475斷面右線管片拱腰處水平收斂曲線。可見其變化規(guī)律與管片附加水平位移變化規(guī)律相似，隨左線盾構推進經歷了變化較小→增加明顯→跳躍增加→減小至相對穩(wěn)定值4個階段，最終水平收斂值約為2.5 mm。

3.3后行線盾構不同工作狀態(tài)的影響

盾構推進分為刀盤開挖和拼裝管片兩種狀態(tài)，刀盤開挖時，推進系統(tǒng)處于啟動狀態(tài)，在千斤頂傳遞過來的頂推力作用下，刀盤擠壓前方土體；拼裝管片時，需要關閉推進系統(tǒng)，刀盤對前方土體的推擠擾動作用減小。故兩種工作狀態(tài)下，盾構前方土體的受力狀態(tài)不同。為比較后行線盾構不同工作狀態(tài)對先行線管片的擾動大小，6月25日—6月28日左線刀盤與DK31+ 475監(jiān)測斷面的距離為 -10～10 m時，對靠近左線一側右線管片上的3個測點（1#，2#，3#）在盾構刀盤開挖與緊后拼裝管片兩種狀態(tài)下的附加水平位移進行了監(jiān)測，結果見圖7（為便于比較，每個掘進循環(huán)在刀盤開挖與緊后拼裝管片兩種狀態(tài)用同一管片環(huán)數表示）。

圖6　DK31+475斷面右線管片拱腰處水平收斂曲線

圖7　左線盾構不同工作狀態(tài)下DK31+475斷面右線管片附加水平位移對比

圖7驗證了盾構兩種工作狀態(tài)下先行線管片受到后行線施工的擾動程度不同。相較于刀盤開挖狀態(tài)，左線拼裝管片時，右線管片3個測點的附加水平位移量均有一定減小，說明左線刀盤開挖期間，在頂推力作用下刀盤前方土體產生了一定的可恢復彈性變形，使得右線管片附加水平位移量增大；左線拼裝管片時刀盤不再推擠前方土體，該變形消失，右線管片附加水平位移相應出現一定回縮。左線盾構不同狀態(tài)下，2#，3#測點附加水平位移變化曲線的梯度均大于1#測點，說明在淺埋小凈距條件下對后行線擾動的敏感程度先行線管片上部區(qū)域比下部區(qū)域高。

4　結論

1）小凈距盾構隧道施工過程中，受到后行線盾構掘進影響，先行線管片的附加水平位移經歷了微量增加、明顯增加、突變、回縮直至穩(wěn)定4個階段；先行線管片既產生整體偏移，自身也在發(fā)生變形。

2）先行線管片不同位置受后行線盾構掘進的影響不一。靠近后行線一側的附加水平位移量大于遠離后行線一側；監(jiān)測部位中，拱腰處的位移量最大，其次是拱腰上部45°處，拱腰下部45°處最小。

3）先行線管片受后行線施工的影響程度與凈距大小、隧道埋深有關。凈距越小、埋深越淺，先行線管片受影響程度越大。

4）后行線盾構處于開挖狀態(tài)時，因刀盤對前方土體的推擠作用使得先行線管片產生的附加水平位移量比管片拼裝狀態(tài)時大。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10003—2004鐵路隧道設計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［2］YAMAGUCHI I，YAMAZAKII，KIRITANIY.Studyof Ground-tunnel Interactions of Four Shield Tunnels Driven in Close Proximity，in Relation to Design and Construction of Parallel Shield Tunnels［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，1998，13（3）：289-304.

［3］KOYAMA Y.Present Status and Technology of Shield Tunnelling Method in Japan［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，2003，18（2）：145-159.

［4］晏莉，陽軍生，劉寶琛.淺埋雙孔平行隧道開挖圍巖應力和位移分析［J］.巖土工程學報，2011，33（3）：413-419.

［5］晏莉.并行隧道施工相互影響分析及應用研究［D］.長沙：中南大學，2008.

［6］張頂峰.越江隧道保護區(qū)內新建平行隧道對既有隧道的影響機理及控制技術研究［D］.上海：上海交通大學，2011.

［7］陶連金，孫斌，李曉霖.超近距離雙孔并行盾構施工的相互影響分析［J］.巖石力學與工程學報，2009，28（9）：1856-1862.

［8］何川，蘇宗賢，曾東洋.盾構隧道施工對已建平行隧道變形和附加內力的影響研究［J］.巖石力學與工程學報，2007，26（10）：2063-2069.

［9］張明聚，趙明，王鵬程，等.小凈距平行盾構隧道施工先行隧道管片附加應力監(jiān)測研究［J］.巖土工程學報，2012，34 （11）：2121-2126.

［10］中鐵第一勘察設計院集團有限公司.新建鐵路廣佛環(huán)線佛山西站至廣州南站段陳村2號隧道施工圖［R］.西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2013.

（責任審編葛全紅）

Influence of Later Tunnel Driving on Early Driven Tunnel Segmental Lining in Construction of Guangzhou-Foshan Intercity Railway Using Large Diameter Shield with Small Space Apart

LIU Wei1，YANG Anmin2，FU Jinyang2，YANG Junsheng2
（1.Guangdong Huasui Construction Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510620，China；2.School of Civil Engineering，Central South University，Changsha Hunan 410075，China）

T he site monitoring and data analysis for segmental lining deflection of double line shield tunnel construction with small space apart and large diameter in Guangzhou-Foshan intercity railway were conducted and the deformation characteristics of early driven tunnel segmental lining caused by later driving tunnel construction. T he results showed that the additional horizontal displacement and self-deformation of early driven tunnel segmental lining caused by later shield tunnel driving have experienced such four stages as fractionally increasing，markedly increasing，mutation，retraction and stabilization，the displacement is greater in the region close to the later driving tunnel，the upper region of early driven tunnel segmental lining was more sensitive than the lower region to the disturbance caused by the later driving tunnel construction，and the cutter head excavation of the later shield tunnel has a more disturbance effect on early driven tunnel segmental lining than segmental lining assembling.

T unnels with small spaceapart；Largediametershield；Earlydriventunnel；Segmentallining；Deflection；Field measurement analysis

劉瑋（1976— ），男，高級工程師，碩士。

U456.3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.15

1003-1995（2016）07-0060-04

2015-10-20；

2016-05-05

中國博士后科學基金（2015T80887）；中南大學“創(chuàng)新驅動計劃”（2015CXS015）