姚怡文， 吳　剛， 李志軍， 劉　敏

(1. 上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司， 上?！?00092;2. 上海交大海洋水下工程科學(xué)研究院有限公司， 上?！?00231；3. 中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河　065201)

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大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂模型試驗及效果檢測技術(shù)研究

姚怡文1， 吳剛2， 李志軍3， 劉敏3

(1. 上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司， 上海200092;2. 上海交大海洋水下工程科學(xué)研究院有限公司， 上海200231；3. 中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河065201)

對某大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂足尺模型試驗進行詳細闡述，應(yīng)用沖擊映像法、全波場無損檢測法相結(jié)合的方式對試驗?zāi)Ｐ椭胁煌r下灌砂前、灌砂過程中以及灌砂后的效果進行測試，對模型試驗中不同工況下各項測試數(shù)據(jù)及結(jié)果進行系統(tǒng)分析，對沉管隧道基礎(chǔ)灌砂工藝與灌砂效果進行評價。此外，介紹該大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂效果現(xiàn)場監(jiān)測內(nèi)容及具體實施方法，基于先期施工各管段基礎(chǔ)灌砂現(xiàn)場監(jiān)測、潛水探摸及管段后續(xù)沉降監(jiān)測結(jié)果，對大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂效果現(xiàn)場檢測及處理技術(shù)進行系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)論如下： 1)沖擊映像法可以監(jiān)測砂積盤的生成及發(fā)展過程，可以較準確地判斷灌砂填充狀況和快速檢測混凝土底板下部灌砂填充狀態(tài)，是沉管隧道基礎(chǔ)灌砂效果評價的有力手段，是動態(tài)把握灌砂過程、實時追蹤施工過程的砂液變化的有力手段。2)已施工管段現(xiàn)場沉降量觀測結(jié)果顯示，沉管隧道E1—E6各管段已灌砂基礎(chǔ)的承載力均滿足設(shè)計要求，證明沖擊映像法可以作為沉管隧道基礎(chǔ)灌砂檢測評定方法。

紅谷隧道； 越江沉管隧道； 基礎(chǔ)灌砂； 模型試驗； 效果檢測

0　引言

沉管隧道基礎(chǔ)形式的選取及其處置的成功將直接關(guān)系到隧道的正常使用與運營安全，也是目前沉管隧道施工普遍面臨的難題之一[1]，故選擇一種技術(shù)可行而又安全、經(jīng)濟的基礎(chǔ)處理方法十分重要。近年來，國內(nèi)許多學(xué)者和研究人員，如： 陳韶章等[2-3]、趙豫鄂[4]、潘永仁等[5]、黎偉等[6]、莫海鴻等[7]針對沉管隧道及基礎(chǔ)處理方法分別從沉管隧道設(shè)計與施工、基礎(chǔ)處理技術(shù)、砂流法地基處理、壓砂法施工技術(shù)、砂流法施工致沉管隧道管段豎向位移試驗、隧道底板面材質(zhì)對砂流法地基影響的模型試驗等方面做了大量工作，取得了一些有意義的結(jié)論。

國內(nèi)外大量實踐均表明，在地基軟弱和回淤嚴重的水文地質(zhì)場合使用灌砂法基礎(chǔ)的沉管隧道的后期沉降一般不會影響到隧道長期使用，因而該方法在國內(nèi)外沉管隧道基礎(chǔ)處理中得到了廣泛應(yīng)用。但是，雖然灌砂法沉管隧道地基加固技術(shù)是在工程應(yīng)用中發(fā)展起來的，近年來也取得了一定的實踐經(jīng)驗，但在試驗[8-9]與理論研究方面落后于其工程應(yīng)用[10-12]，對灌砂效果的檢測與監(jiān)測方法仍不完善[13-15]，沒有可靠而系統(tǒng)化的現(xiàn)場解決方案。對于灌砂過程中的監(jiān)測，現(xiàn)有的方法基本上采用間接法，即根據(jù)其他相關(guān)指標估算灌砂效果，由此會產(chǎn)生相應(yīng)的偏差。由于灌砂效果的評判直接關(guān)系到沉管隧道基礎(chǔ)質(zhì)量，故非常有必要開展大比例尺基礎(chǔ)灌砂模型試驗研究，并對灌砂檢測和監(jiān)測方法進行系統(tǒng)分析和研究，以期更準確地掌握在灌砂過程中基礎(chǔ)空隙的充填情況，為施工控制參數(shù)指標提供理論依據(jù)，進而更有效地確保大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂的質(zhì)量。

南昌市紅谷隧道工程是江西省第1條市政越江沉管隧道工程，也是目前國內(nèi)內(nèi)河規(guī)模最大的城市道路沉管隧道，其基礎(chǔ)灌砂檢測及處理等對灌砂施工工藝與監(jiān)測手段等方面有著嚴格的特殊技術(shù)要求。在采用灌砂法進行沉管隧道基礎(chǔ)處理時，如何科學(xué)合理選取適用的機械設(shè)備和確定相應(yīng)的施工工藝、檢測及處理方法來確保灌砂施工的實際效果，是其中非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量會直接影響整個沉管隧道工程的建設(shè)質(zhì)量與運營安全。為了給有效地實施基礎(chǔ)灌砂施工質(zhì)量監(jiān)控與保證基礎(chǔ)處理工程質(zhì)量提供必要的技術(shù)支持和試驗參考，本文綜合利用理論研究、現(xiàn)場調(diào)研與試驗測試等研究方法，系統(tǒng)地開展大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂模型試驗方法與效果檢測及處理技術(shù)的研究。

1　沉管隧道基礎(chǔ)灌砂模型試驗方法

1.1模型試驗方案設(shè)計

在符合施工工序要求的前提下，開展多工況的足尺模型試驗研究，模擬實際工況中管段底板對砂積盤的擴展情況的影響，研究不同灌砂狀況下灌砂孔之間的相互作用情況。

模型試驗設(shè)計平臺底板尺寸為25 m×23.5 m，厚0.3 m，上翻擋墻高0.7 m，墻厚0.3 m，墻頂另設(shè)0.3 m高0.15 m厚擋水板，混凝土等級同管段混凝土。模型試驗平臺如圖1所示。

(a) 灌砂模型試驗平臺(水池)示意圖

(b) 基礎(chǔ)模型及試驗水池現(xiàn)場實景照片

試驗水池深度滿足墊層高度與試驗平臺浮運要求，最小深度為1.471 4 m；水池放坡開挖，坡比1∶2，池底平面尺寸為52 m×30 m，以滿足試驗平臺預(yù)制和浮運、試驗的要求。試驗平臺在試驗池預(yù)制區(qū)預(yù)制完畢后放水浮運至支墩上安置。試驗平臺預(yù)制區(qū)水池底考慮起浮設(shè)計，以方便試驗平臺起浮。

1.2模型試驗內(nèi)容及具體測試方法

1.2.1主要試驗內(nèi)容

1)灌砂施工中的砂積盤擴展半徑及灌砂壓力。

2)相鄰孔之間，先注入的灌砂對后一孔灌砂擴散規(guī)律的影響。

3)灌砂施工過程中管段底板壓力監(jiān)測。

4)灌砂過程中的監(jiān)控方法。

5)灌砂效果的檢測與評價。

1.2.2灌砂施工工藝試驗

1)灌砂過程中砂泵壓力及砂水比量測。在灌砂過程中，對灌砂管入口進行隨機取樣，獲得相應(yīng)的砂水比。

2)灌砂過程中砂積盤狀況。通過觀察窗及自制帶刻度標桿，對灌砂過程中砂積盤擴展狀況及模型外沿砂盤的高度進行量測(見圖2)。

3)灌砂過程中模型底板壓力監(jiān)測。利用預(yù)埋在模型底板中的壓力盒對灌砂過程中的底板壓力實施監(jiān)測。

(a) 觀察窗觀測

(b) 外沿砂盤高度觀測

1.2.3灌砂施工效果監(jiān)測與檢測

全波場無損檢測技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一個全新檢測技術(shù)，是引領(lǐng)勘探技術(shù)未來發(fā)展方向的一種新興技術(shù)，而沖擊映像法則是一種可用于檢測空隙、空鼓、裂縫的有效方法。試驗過程中，創(chuàng)造性地將沖擊映像法和全波場無損檢測這2種技術(shù)相結(jié)合，首次應(yīng)用于大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂大比例尺模型試驗檢測。

1.2.3.1主要儀器設(shè)備

灌砂模型試驗檢測系統(tǒng)由數(shù)字地震儀、外接計算機、電瓶、主電纜、檢波器、激發(fā)器及其他輔助工具等組成。主要檢測設(shè)備見圖3。

圖3　主要檢測設(shè)備

1.2.3.2測線布置

測線布置以避免外界振動干擾、削弱邊界效應(yīng)，同時又有利于現(xiàn)場試驗操作為原則。從灌砂孔1 m外開始，測線呈圓形狀向外輻射，以22.5°等角分布，當(dāng)測線經(jīng)過較多硬邊界(觀察窗口)時，適當(dāng)調(diào)整測線方向，使得測線經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)硬邊界較少，同時現(xiàn)場操作容易開展(見圖4)。

(a) 現(xiàn)場布置過程

(b) 測線布設(shè)完成

1.2.3.3數(shù)據(jù)采集與分析方法

數(shù)據(jù)采集分為灌砂施工前、后，以及灌砂施工過程中。在灌砂施工前、后，采用沖擊映像法和全波場無損檢測法進行數(shù)據(jù)采集；在灌砂施工過程中，采用沖擊映像法進行數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)分析方法： 波形分析法、頻譜分析法。

數(shù)據(jù)分析步驟： 1)預(yù)處理； 2)波形處理； 3)頻譜處理； 4)響應(yīng)能量處理； 5)卓越振幅處理； 6)可視化處理。

模型試驗中的測點布設(shè)情況，見表1。

表1　測點布設(shè)情況匯總表

2　模型試驗結(jié)果及分析

2.1灌砂參數(shù)模型試驗

2.1.1灌砂過程中各灌砂孔砂泵壓力及砂水比

灌砂孔A、B、C、D在灌砂過程中的砂泵壓力變化情況，如圖5所示。

(a) A孔砂泵壓力變化

(b) B孔砂泵壓力變化

(c) C孔砂泵壓力變化

(d) D孔砂泵壓力變化

Fig. 5Pump pressure variation curves of every gravel filling hole

由圖5可知，灌砂時各砂泵出口壓力為0.1～0.3 MPa。其中C孔因灌砂過程連續(xù)，其砂泵出口壓力基本穩(wěn)定在0.25 MPa；B孔灌砂時砂泵出口壓力基本控制在0.3 MPa，砂泵提供的灌砂壓力大，灌砂效率高；而A孔灌砂時砂泵出口壓力變化幅度大，灌砂效率相對較低。

灌砂過程中對灌砂管入口隨機取樣，獲得相應(yīng)的砂水比。A孔在灌砂過程中的砂水比量測記錄情況，見表2。

表2　灌砂過程中A孔砂水比量測記錄表

注： 第3組取樣位置過高。

由表2可以看出，灌砂中砂水比為1∶5～1∶20。經(jīng)分析可知，砂水比變化幅度較大的原因除砂水混合不均勻外，主要在于取樣位置的隨機性。

2.1.2灌砂過程中砂積盤狀況

試驗過程中，各灌砂孔(編號分別為A、B、C、D)的砂積盤擴展狀況，如圖6所示。

各孔完成灌砂后，模型外沿不同位置砂盤的最終高度，如圖7所示。

從圖7的觀測結(jié)果可以看出，灌砂后砂積盤擴散半徑隨灌砂壓力及灌砂時間持續(xù)不斷擴展，大多達到7.5 m以上。A孔砂積盤大體向各個方向同步擴散，而其他孔砂積盤擴散受先灌孔的影響，擴散具有明顯的特定方向性。B孔和C孔模型外沿部分區(qū)域砂盤堆積高度超過1 m。

(a) A灌砂孔

(b) B灌砂孔

(c) C灌砂孔

(d) D灌砂孔

Fig. 6Diffusion curves of gravel accretion disk of every gravel filling hole

(a) B孔灌砂后模型南外沿

(b) C孔灌砂后模型東外沿

(c) C孔灌砂后模型南外沿

(d) D孔灌砂后模型東外沿

Fig. 7Final heights of gravel accretion disk at different places of every gravel filling hole of model

2.1.3灌砂過程中模型底板壓力

灌砂過程中模型底板壓力監(jiān)測結(jié)果顯示： 1)A孔在灌砂過程中不同方位同間距的底板壓力呈現(xiàn)完全類似的變化規(guī)律，且隨灌砂時間的推移，底板壓力呈波浪型起伏而逐漸增大，起伏原因與砂積盤形成與消散狀況相對應(yīng)。距灌砂孔近的壓力變化更頻繁，距離灌砂孔較遠處的壓力灌砂前期不敏感，而后逐步發(fā)生影響。2)先灌砂孔對后期灌砂孔的砂積盤的形成有直接影響，導(dǎo)致底板壓力變化復(fù)雜、波動范圍大，最終形成砂積盤壓力大于前期灌砂所形成的砂積盤。由此可見，預(yù)埋的壓力盒不僅能夠監(jiān)測所處區(qū)域的壓力，還能反映砂積盤的形成與消散狀況。

2.1.4灌砂后砂積盤檢測與密實度情況

灌砂后，在蓄水位80 cm狀態(tài)下，模型的東、南2方向水面以上均有砂溢出，其部分區(qū)域砂盤堆積高度已超過90 cm；而模型的西、北2方向水面以上均未見砂溢出。灌砂后模型的外觀形態(tài)如圖8所示。

(a) 模型東南面

(b) 模型西北面

灌砂后砂積盤的擴展狀況如圖9所示。

由圖9可知，灌砂后的檢測結(jié)果與移走模型后對砂積盤的觀測分析結(jié)果相一致，可見由沖擊映像法可以判斷灌砂填充狀況、沖擊映像法可以快速檢測混凝土底板下部灌砂填充狀態(tài)，是充填效果評價的有力手段。

灌砂后，模型出現(xiàn)整體上抬，總體上呈現(xiàn)南高北低和東高西低的狀態(tài)，被砂積盤覆蓋后模型各方位的上抬量見表3。

為了確定基礎(chǔ)灌砂后的密實度，采用環(huán)刀法對砂盤進行了飽和狀態(tài)下的現(xiàn)場取樣。

2.1.5灌砂參數(shù)相關(guān)性分析

通過對不同工況下各灌砂孔的砂泵壓力、灌砂時間及砂積盤最大擴散半徑等相關(guān)性進行了對比，本模型試驗上述參量的關(guān)系見表4。

2.2施工效果監(jiān)測、檢測結(jié)果及分析

2.2.1波形分析結(jié)果(孔A)

如圖10所示。

由圖10可以看到，灌砂過程中隨著砂盤的形成，各檢測點的波形逐漸變化，灌砂后波形的持續(xù)時間縮短，響應(yīng)衰弱。

(a) 東部

(b) 東南部

(c) 西部

(d) 北部

Fig. 9Final diffusion boundary of gravel accretion disk after gravel filling

表3　灌砂后模型各方位的上抬量

表4不同工況下的各灌砂控制參量

Table 4Control parameters of gravel filling under different construction conditions

孔號砂泵平均壓力/MPa灌砂時間/(h:min)砂盤最大擴散半徑/mA0.1310:459.26B0.303:309.05C0.255:006.83D0.195:407.83

(a) 灌砂前

(b) 灌砂后

2.2.2成像剖面分析結(jié)果

如圖11所示。

(a) 灌砂前

(b) 灌砂后

由圖11可以看到，灌砂后波形的持續(xù)時間縮短，響應(yīng)強度減弱，形象地反映了灌砂過程中沖擊響應(yīng)波形隨砂基盤的擴散而變化的狀況，并與當(dāng)時通過觀測窗看到的灌砂情況基本一致。

2.2.3平均沖擊響應(yīng)強度的變化

如圖12所示。

(a) 灌砂前

(b) 灌砂后

由圖12可以看到，隨著灌砂量的增多以及密實度的加大，平均沖擊響應(yīng)強度變?nèi)?，這種變化與當(dāng)時通過觀測窗看到的灌砂情況基本一致。

2.2.4綜合分析結(jié)果

限于篇幅，灌砂過程及時頻分析部分結(jié)果略。

根據(jù)波形分析、時頻分析和成像處理的結(jié)果，對不同的數(shù)據(jù)處理方法進行定量化、標準化的定義，并采用層次分析及拓撲分析等手段對各種分析結(jié)果進行綜合評價，見圖13。

圖13　灌砂后綜合評價圖

Fig. 13Comprehensive evaluation diagram of gravel filling effect

由圖13可以看出，灌砂結(jié)束后整個砂積盤可分為3個區(qū)域，其中灌砂孔B周圍(右下方)區(qū)域，沖擊響應(yīng)強度小，反映灌砂飽滿，砂積盤與模型底面耦合良好。灌砂孔C周圍(右上方)區(qū)域，沖擊響應(yīng)強度整體較小，但存在局部較大區(qū)域，判斷為灌砂較飽滿區(qū)域。灌砂孔A和D附近(左邊及左上方)區(qū)域，沖擊響應(yīng)強度大，且連成片狀，說明該區(qū)域灌砂充溢度不夠。

灌砂結(jié)束將模型移走后對灌砂基盤的觀察結(jié)果，如圖14所示。

圖14　灌砂后現(xiàn)場效果示意圖

由圖14可以看出：

1)整體灌砂效果較好，砂積盤達到指定厚度。

2)模型北側(cè)和西側(cè)部分區(qū)域沒有灌注完整，但砂積盤擴展半徑約為8 m，基本達到預(yù)期目標。

3)灌砂孔A和孔D區(qū)域范圍砂的含水量較大，部分區(qū)域充盈度不高。

4)灌砂孔B和孔C區(qū)域范圍內(nèi)灌砂效果較好。

2.3試驗結(jié)果分析

1)利用沉管基礎(chǔ)灌砂足尺模型試驗的灌砂設(shè)備，實現(xiàn)了灌砂設(shè)計目標，預(yù)先設(shè)計的灌砂孔間距在實際施工中合理、可行。

2)模型試驗過程的監(jiān)測結(jié)果顯示： ①灌砂過程中灌砂壓力和砂水比對灌砂效率有直接影響；控制灌砂砂水比和灌砂壓力對灌砂經(jīng)濟效益有較大影響，但對砂積盤形成、擴散及砂盤密實度的影響不大； ②先灌砂孔的砂盤擴散方式呈孔心向外輻射狀，而后灌砂孔的砂盤擴散方式受前期灌砂或邊界的影響具有特定的方向性； ③砂積盤擴散半徑與灌砂持續(xù)時間密切相關(guān)，在砂水比一定下，持續(xù)時間長所獲得的砂積盤擴散半徑更大； ④不同工況下灌砂的各灌砂孔間存在明顯分界線。

3)試驗前預(yù)埋的壓力盒不僅能有效監(jiān)測所處區(qū)域的壓力，還能反映砂積盤的形成與消散狀況，可以作為灌砂施工的有效監(jiān)測工具。

4)試驗選定的基礎(chǔ)灌砂用砂，各工況下灌砂后砂盤密實度均能達到或超過設(shè)計指標，且采用的3種水泥熟料摻入比對砂盤密實度的影響不大。

5)試驗結(jié)果表明，灌砂壓力在0.1～0.15 MPa情況下，砂盤擴散半徑相對最大，而灌砂區(qū)域上抬量則最小。若灌砂壓力繼續(xù)增大，則易溢流到已灌完砂部分，極易導(dǎo)致局部管段抬高而超出設(shè)計要求。

3　基礎(chǔ)灌砂施工效果現(xiàn)場監(jiān)測與檢測

3.1現(xiàn)場監(jiān)測、檢測方法

通過沖擊映像法對南昌市紅谷隧道工程先期施工的E1—E6各管段進行了實時監(jiān)測、成像處理及灌砂效果的實時評價。現(xiàn)場監(jiān)測及試驗結(jié)果表明： 通過波形的可視化處理、沖擊響應(yīng)能量及頻譜處理相結(jié)合的方式，沖擊映像法能夠很好地實時監(jiān)測和反映灌砂過程中砂液的分布狀況。

3.2現(xiàn)場監(jiān)測與檢測結(jié)果及分析

限于篇幅，以下僅列出沉管隧道E1—E6各管段基礎(chǔ)灌砂施工效果現(xiàn)場監(jiān)測、檢測的主要結(jié)果，并進行分析。

3.2.1主要監(jiān)測、檢測結(jié)果

灌砂過程中，E1管段、E2管段以及E1管段尾部、E3管段以及E2管段尾部、E4管段以及E3管段尾部、E5管段以及E4管段尾部、E6管段以及E5管段尾部分別共實施了30、36、39、36、36、45個孔的監(jiān)測。由現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，E1—E6管段各分別做了有效檢測88次、155次、127次、159次、159次和182次，平均每個灌砂孔檢測3—5次(該工作量不包括灌砂前及灌砂中所做的檢測)。

統(tǒng)計表及所有孔的灌砂結(jié)果都顯示，即使灌砂量、泵壓以及升降量顯示已經(jīng)灌滿，砂積盤半徑仍有可能小于7.5 m或充盈度不達標，需要根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定繼續(xù)灌砂2次以上才能最終達到灌砂合格。E1管段N7和S7孔須檢測—灌砂—檢測如此重復(fù)6次，C12孔甚至須檢測—灌砂—檢測如此重復(fù)10次，E4管段C10孔也須檢測—灌砂—檢測如此重復(fù)10次，才獲得圓滿灌砂結(jié)果，可見通過沖擊映像法監(jiān)測之必要性。

此外，E1管段和E2管段在灌砂過程中未出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，而E3管段和E4管段分別出現(xiàn)了4個和3個邊孔的堵孔現(xiàn)象；由于各孔灌注時間與各自鄰孔灌注完成時間間隔較長，加之贛江中心水流較急等原因，E5管段和E6管段也分別出現(xiàn)了4個和6個孔的堵孔現(xiàn)象。

3.2.2分析與討論

1)灌砂過程中發(fā)現(xiàn)，在保持壓力不變的情況下持續(xù)灌砂時，若個別孔所形成的砂積盤過大，超過相鄰灌砂孔，則會導(dǎo)致鄰孔阻塞的現(xiàn)象。因此，建議在今后灌砂過程中嚴格按照中孔的監(jiān)測結(jié)果，砂積盤半徑超過7.5 m時進行嚴密觀測和匯報，最大半徑不允許超過9 m。若出現(xiàn)砂積盤在未灌砂一側(cè)已經(jīng)接近鄰孔，而在已灌砂一側(cè)還不能和前孔的砂積盤很好融合的情況，則應(yīng)調(diào)整該孔的灌砂方案以保證砂積盤的融合和不阻塞鄰孔。

2)各管段在灌砂施工過程中均不同程度地出現(xiàn)了堵孔現(xiàn)象，建議在嚴格控制中孔的擴散半徑的基礎(chǔ)上，邊孔灌砂時除實時監(jiān)測外，需結(jié)合灌砂時間等信息進行調(diào)整和控制。

3)建議在江心進行灌砂時，相鄰灌砂孔灌注若間隔時間較長，應(yīng)適當(dāng)降低灌砂半徑或者充盈度的控制標準，充分考慮灌砂的動態(tài)變化過程。在嚴格控制中孔的擴散半徑的基礎(chǔ)上，邊孔灌砂時除實時監(jiān)測外，需結(jié)合灌砂時間(灌砂量)等信息進行控制。

4)灌砂施工是個復(fù)雜的過程，需要根據(jù)各方信息，包括灌砂狀況、測量信息、千斤頂支撐力變化以及灌砂壓力的變化和現(xiàn)場實時監(jiān)測結(jié)果綜合判斷是否停泵；特別是邊孔，由于水箱的存在，測線大部分在中孔擴散半徑內(nèi)，實時監(jiān)測結(jié)果只能作為判斷是否停泵的參考數(shù)據(jù)。

3.3基礎(chǔ)灌砂潛水員水下探摸情況

灌砂后，潛水員對E1—E6各管段基礎(chǔ)砂盤翻出情況(外翻寬度、高度)進行了探摸。

各個管段基礎(chǔ)灌砂施工過程中的基礎(chǔ)外側(cè)各灌砂孔的實時潛水探摸結(jié)果顯示： 各管段砂基外翻寬度大多在1.0～2.0 m，極個別較低如E6-2孔僅0.3 m，但寬者可達2.3 m(E2-10灌砂孔)，最寬處3.0 m(E1-10灌砂孔)，各管段砂基外翻高度均在0.5～2.0 m，均滿足設(shè)計和施工要求。

3.4基礎(chǔ)工后沉降監(jiān)測結(jié)果及分析

限于篇幅，以下僅列出各管段基礎(chǔ)灌砂后的沉降監(jiān)測結(jié)果，如圖15所示。

(c) E3管段CJE3X-1監(jiān)測點

(d) E4管段CJE4X-2監(jiān)測點

(e) E5管段CJE5X-1監(jiān)測點

由圖15可知： 近9個月以來，沉管隧道E1—E6各管段各監(jiān)測點的累計最大沉降量大多在10 mm以下，說明沉管隧道基礎(chǔ)的承載力滿足設(shè)計要求，證明基礎(chǔ)灌砂模型試驗、施工工藝的正確性和合理性，同時也驗證了相關(guān)基礎(chǔ)灌砂施工工藝及灌砂效果現(xiàn)場監(jiān)測、檢測和處理技術(shù)是成熟可靠與合理有效的，可以為后續(xù)各管段的基礎(chǔ)灌砂施工及類似工程中確保大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂的質(zhì)量提供很好的借鑒和參考。

4　結(jié)論與建議

本文系統(tǒng)地闡述了南昌紅谷隧道基礎(chǔ)灌砂足尺模型試驗方法及灌砂效果檢測技術(shù)，并對模型試驗中的主要結(jié)果進行了分析討論。此外，闡述和分析了該大型內(nèi)河沉管隧道現(xiàn)場基礎(chǔ)灌砂效果監(jiān)測、檢測內(nèi)容、方法及主要結(jié)果，并結(jié)合先期施工各管段基礎(chǔ)灌砂現(xiàn)場監(jiān)測、潛水探摸及管段后續(xù)沉降監(jiān)測結(jié)果，對大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂效果現(xiàn)場檢測及處理技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，主要得出以下結(jié)論。

1)模型試驗一系列監(jiān)測結(jié)果均表明，沖擊映像法的結(jié)果與窗口觀測結(jié)果吻合較好，能很好監(jiān)測砂積盤的生成及發(fā)展過程，是動態(tài)把握灌砂過程、實時追蹤施工過程的砂液變化的有力手段。

2)模型試驗灌砂后的檢測結(jié)果與移走模型后對砂積盤的觀測分析結(jié)果基本一致，灌砂效果良好，可見采用沖擊映像法可以較準確地判斷灌砂填充狀況和快速檢測混凝土底板下部灌砂填充狀態(tài)，是沉管隧道基礎(chǔ)灌砂效果評價的有力手段。

3)本文所述大型內(nèi)河沉管隧道基礎(chǔ)灌砂模型試驗方法科學(xué)合理且適用性好，可以為實施和研究沉管隧道基礎(chǔ)具體灌砂工藝、灌砂效果實時監(jiān)測和驗證等提供一種快速、簡便、準確、經(jīng)濟的模型試驗和監(jiān)測、檢測方法，為南昌紅谷隧道工程沉管灌砂基礎(chǔ)施工與質(zhì)量監(jiān)控提供可靠的技術(shù)支持，并為確保灌砂施工順利實施及確保工程質(zhì)量提供重要參考和指導(dǎo)。

4)紅谷隧道工程前期基礎(chǔ)灌砂施工的E1—E6各管段的實時監(jiān)測及灌砂效果實時評價結(jié)果均表明，沖擊映像法能夠很好地實時監(jiān)測和反映灌砂過程中砂液的分布狀況。此外，各管段基礎(chǔ)灌砂施工過程中的實時潛水探摸結(jié)果也顯示，砂基外翻寬度和砂基外翻高度均滿足設(shè)計和施工要求。

5)既已施工管段現(xiàn)場沉降量觀測結(jié)果顯示，沉管隧道E1—E6各管段已灌砂基礎(chǔ)的承載力均滿足設(shè)計要求，同樣有力地證明了南昌紅谷隧道基礎(chǔ)灌砂模型試驗、施工工藝及灌砂效果監(jiān)測、檢測技術(shù)的正確性和合理性，可為后續(xù)各管段的基礎(chǔ)灌砂施工及類似沉管隧道基礎(chǔ)灌砂工藝選擇、施工、監(jiān)測及相關(guān)科學(xué)研究等提供較好的借鑒和參考。

由于E7—E12各管段沉放與基礎(chǔ)灌砂暫未實施，而后期施工各管段均靠近或通過主河槽，上述后續(xù)施工各管段所引起的河道水流及河床沖刷情況變化等因素是否會對先期施工E1—E6各管節(jié)的基礎(chǔ)沉降、變位以及管身和接頭的受力等產(chǎn)生顯著不利影響，仍待日后具體施工期間的嚴密跟蹤觀測與論證。

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Model Test and Effect Monitoring Technologies for Gravel Filling of Foundation of Large-scale Inland Immersed Tunnel

YAO Yiwen1, WU Gang2, LI Zhijun3, LIU Min3

(1.ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute(Group)Co.,Ltd.,Shanghai200092,China; 2.UnderwaterEngineeringInstituteCo.,Ltd.,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200231,China; 3.ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The model test of gravel filling of a large-scale inland river immersed tunnel is introduced in detail. The gravel filling effects of the model before gravel filling, during gravel filling and after gravel filling are evaluated under different construction conditions by impact imaging method and full wave field nondestructive detection method. The results of model test are analyzed. The gravel filling technologies and gravel filling effect of immersed tunnel foundation are evaluated. The site monitoring items and technologies of gravel filling of foundation of the large-scale inland immersed tunnel are introduced. The gravel filling effect of foundation of the large-scale inland immersed tunnel is analyzed based on site monitoring results of gravel filling, underwater detection and segment settlement. Some conclusions are drawn as follows: 1) The formation and development of gravel accretion disk can be detected by impact imaging method. 2) The segment settlement monitoring results show that the gravel filling effects of foundations from segment E1 to segment E6 are good.

Honggu Tunnel; river-crossing immersed tunnel; foundation gravel filling; model test; effect monitoring

2016-05-15;

2016-06-20

國家自然科學(xué)基金資助項目(51578550)； 國家自然科學(xué)基金資助項目(51408617)

姚怡文(1980—)，男，江西南昌人，2007年畢業(yè)于同濟大學(xué)，巖土工程專業(yè)，博士，高級工程師，主要從事地下結(jié)構(gòu)工程設(shè)計咨詢管理工作。E-mail： yaoyiwen@smedi.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.006

U 45

A

1672-741X(2016)09-1060-11