郭鵬飛，楊龍才，于 正

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

上方開(kāi)挖卸荷作用下地鐵隧道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

郭鵬飛，楊龍才，于 正

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

在已有隧道上方進(jìn)行基坑開(kāi)挖，下方隧道的變形是基坑施工控制的關(guān)鍵。采用實(shí)測(cè)分析的方法，詳細(xì)介紹了在已建盾構(gòu)隧道上方進(jìn)行基坑開(kāi)挖的工程中，下臥隧道的變形控制措施，即在基坑開(kāi)挖前進(jìn)行攪拌樁加固、設(shè)置抗拔樁并在隧道內(nèi)設(shè)置“米”字型支撐，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究了上方基坑開(kāi)挖過(guò)程中下臥隧道的變形規(guī)律。得到如下結(jié)論：攪拌樁加固過(guò)程中，隧道發(fā)生輕微的下沉變形，而基坑開(kāi)挖則會(huì)導(dǎo)致隧道整體抬升與橫截面收斂變形；攪拌樁加固與抗拔樁能有效控制施工過(guò)程中的隧道隆起變形，而隧道內(nèi)的“米”字型加固則能有效減小隧道的收斂變形，攪拌樁施工引起隧道發(fā)生“橫鴨蛋”式收斂變形，而后續(xù)的基坑開(kāi)挖則對(duì)隧道的收斂變形影響不大。

基坑開(kāi)挖；下臥隧道；隆起變形；收斂變形

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)人口不斷增加，城市擁擠、交通擁堵等現(xiàn)象日益嚴(yán)重。由于地鐵線路多埋置于地下，與其他地面建筑配合，可使城市土地資源得到充分利用，因此得到迅速發(fā)展。截止2014年底我國(guó)已有22個(gè)城市開(kāi)通了城市軌道交通線路，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)3 155 km，其中地鐵線路2 438 km，且在開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的地鐵線路中多以地下線路為主，以上海為例，地下線路所占比例竟達(dá)70%左右。城市軌道交通工程能夠方便人們出行、解決城市交通擁堵問(wèn)題，同時(shí)也給城市建設(shè)帶來(lái)了新的技術(shù)難題，如在地鐵隧道上方進(jìn)行的基坑開(kāi)挖工程等。在國(guó)內(nèi)外的地鐵建設(shè)過(guò)程中均遇到過(guò)此類問(wèn)題，如上海世紀(jì)大道楊高路立交上跨地鐵2號(hào)線工程[1，2]、南京龍?bào)绰匪淼郎峡绲罔F1號(hào)線工程[3]，國(guó)外的新加坡Tan Tock Seng（TTS）hospital上跨Mass Rapid Transit（MRT）隧道工程[4]等。

盾構(gòu)隧道對(duì)變形的要求相當(dāng)嚴(yán)格，《城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[5]要求外部施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對(duì)沉降量及水平位移≤20 mm，隧道變形曲率半徑≥15 000 m，相對(duì)彎曲≤1/2 500，直徑累計(jì)變化量小于5‰D（D為盾構(gòu)隧道外徑）。在此類立體交叉工程施工中，如何采取有效措施控制隧道變形，確保地鐵結(jié)構(gòu)安全，成為上方基坑施工控制的關(guān)鍵。

對(duì)于此類上跨于隧道上方的基坑工程，地基加固、設(shè)置抗拔樁、分區(qū)開(kāi)挖等措施可適當(dāng)減小下臥隧道的變形[6]。但由于隧道的變形影響因素眾多，如基坑規(guī)模、隧道剛度、周邊環(huán)境等，以往的工程經(jīng)驗(yàn)只能作為參考而不能完全照搬照用[7]，此外由于工程地質(zhì)的地區(qū)差異性，即使采用同樣的控制措施，在不同地區(qū)也會(huì)出現(xiàn)不同的控制效果。

杭州金沙湖綠軸下沉廣場(chǎng)工程位于已建杭州地鐵1號(hào)線上方，在隧道上方進(jìn)行基坑開(kāi)挖在杭州地區(qū)尚屬首例，針對(duì)這一工程，本文詳細(xì)介紹了基坑施工過(guò)程中的隧道變形控制措施，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中下臥隧道的變形規(guī)律進(jìn)行分析，為此類外部卸荷作用下隧道變形規(guī)律的理論研究提供數(shù)據(jù)支撐，并為杭州地區(qū)類似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

金沙湖綠軸下沉廣場(chǎng)位于杭州金沙湖北側(cè)，毗鄰下沙大道、德勝快速路，位于城市快速路九沙大道下方，為溝通大道兩側(cè)地塊的人行交通廣場(chǎng)工程。下沉廣場(chǎng)上方為九沙大道鋼梁橋，橋長(zhǎng)222 m、寬50 m，橋梁下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土墩臺(tái)立柱，直徑1.5 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，在進(jìn)行下沉廣場(chǎng)施工時(shí)九沙大道橋梁已經(jīng)完成了樁基施工。

下沉廣場(chǎng)平面呈月牙兒形，基坑開(kāi)挖面積為12 580 m2，開(kāi)挖深度5.3 m，緊鄰杭州地鐵1號(hào)線下沙西站。基坑正下方存在既有1號(hào)線下沙西路站——金沙湖站區(qū)間盾構(gòu)隧道，隧道外徑6.2 m，內(nèi)徑5.5 m，壁厚35 cm，環(huán)寬1.2 m，錯(cuò)縫拼裝，下沙西站為二層地下島式車站，端頭井埋深17.3 m，標(biāo)準(zhǔn)段埋深15.7 m。隧道與廣場(chǎng)平面關(guān)系如圖1所示，基坑坑底距地鐵隧道左右線的豎向距離分別為3.3 m和4.3 m。

場(chǎng)地范圍內(nèi)土層以填土、砂質(zhì)粉土、粉砂夾砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，盾構(gòu)主要穿越土層為錢(qián)塘江沖積層，以砂質(zhì)粉土和粉砂夾砂質(zhì)粉土層為主，地層分布如圖2所示。各土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。場(chǎng)地范圍內(nèi)地下水以第四紀(jì)松散巖類孔隙水為主，地下水位埋深1.30～2.50 m，水位埋深隨季節(jié)略有變化，年變化幅度1.00 m左右。

圖1 基坑與隧道平面關(guān)系示意圖Fig.1 Plan view of foundation pit and tunnel

圖2 場(chǎng)地地層分布示意圖Fig.2 Distribution chart of layer

表1 主要土層的物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physico-mechanical index of soil layer

2 基坑施工控制措施

根據(jù)相關(guān)研究成果，基坑開(kāi)挖深度與隧道初始覆土厚度之間的比值（卸荷比R）和基坑面積S是影響下臥隧道隆起變形的重要因素[8]。本工程中，左右線的卸荷比分別0.62和0.55，基坑面積1.2×104m2，與同類工程相比，明顯偏大，因此需要考慮分步施工，將基坑分為核心區(qū)與非核心區(qū)，首先進(jìn)行核心區(qū)的施工，待核心區(qū)底板澆筑完成后再進(jìn)行非核心區(qū)開(kāi)挖，本文僅對(duì)核心區(qū)的施工過(guò)程進(jìn)行分析。如圖1所示，核心區(qū)寬度為30 m，位于盾構(gòu)隧道正上方，關(guān)于上下行中線對(duì)稱。

2.1 地基加固

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧道周邊土體進(jìn)行加固提高其抗剪強(qiáng)度，能有效減小開(kāi)挖引起的隧道隆起變形。與高壓旋噴樁、袖閥管注漿相比，三軸攪拌樁對(duì)下方隧道的影響更小，應(yīng)用也更為普遍。如圖3所示，采用直徑850 mm，間距600 mm×600 mm的，三軸攪拌樁對(duì)坑底及隧道兩側(cè)進(jìn)行加固，考慮攪拌樁加固對(duì)盾構(gòu)隧道變形的影響，隧道頂部加固至距離隧頂1 m位置，左右線的加固深度分別為6.8 m和8.5 m。對(duì)于隧道兩側(cè)，根據(jù)《城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，在地鐵工程（外邊線）兩側(cè)的鄰近3 m范圍內(nèi)不能進(jìn)行任何工程，因此取深層攪拌樁加固區(qū)與隧道水平間距3.1 m，加固深度26 m，進(jìn)而在隧道周圍形成“門(mén)式”聯(lián)合加固體，要求加固體28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1 MPa。

2.2 設(shè)置抗拔樁

除地基加固外，基于下沉式廣場(chǎng)抗浮的需要，同時(shí)也為了防止下方隧道發(fā)生明顯的隆起變形，需在隧道左右線兩側(cè)及中間設(shè)置抗拔樁，抗拔樁由九江大道大橋樁基和專門(mén)設(shè)置的抗拔樁兩部分組成，抗拔樁采用鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，與深層攪拌樁形成組合式門(mén)柱，樁徑500 mm，樁長(zhǎng)47 m，間距3.1 m。此外，由于九江大道上跨廣場(chǎng)，跨越橋段在基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)共有9個(gè)橋墩，中心間距沿隧道向?yàn)?2.5 m，垂直隧道向?yàn)?5 m。每個(gè)橋墩下有兩根橋樁，樁間距為3.6 m，橋樁樁徑600 mm，樁長(zhǎng)57 m。待底板澆筑完成后，將抗拔樁、橋梁樁基與底板澆筑在一起，形成門(mén)式抗拔結(jié)構(gòu)，抗拔樁平面設(shè)置示意圖如圖4所示。

圖3 地基加固立面示意圖（單位：cm）Fig.3 Cross section of the soil reinforcement（cm）

圖4 地基加固平面示意圖Fig.4 Plan view of ground stabilization

2.3 隧道內(nèi)支撐

施工時(shí)下方隧道尚未開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，在進(jìn)行上方基坑開(kāi)挖前，除攪拌樁加固和設(shè)置抗拔樁外，還可在隧道內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行“米”字型鋼構(gòu)加固，加強(qiáng)隧道的整體性，減小隧道的收斂變形?！懊住弊中弯摌?gòu)加固不僅可以防止加載作用下隧道斷面發(fā)生豎向收斂變形，還可以抑制卸載作用下隧道斷面的橫向收斂。本工程中，在攪拌樁施工階段，由于上方土體容重及剛度的增加，相當(dāng)于對(duì)隧道斷面進(jìn)行加載，而基坑開(kāi)挖階段，又相當(dāng)于對(duì)隧道斷面進(jìn)行卸載，最終的隧道斷面收斂變形有“橫鴨蛋”和“豎鴨蛋”兩種情況。隧道內(nèi)部的加固典型斷面如圖5所示。在貼近隧道管片位置設(shè)置環(huán)向H型鋼，型鋼型號(hào)為200×200×8×10，并用縱向HW200×200a型鋼對(duì)環(huán)向型鋼進(jìn)行支撐，縱向支撐之間通過(guò)12×800×800鋼板進(jìn)行焊接連接。

2.4 分層分塊開(kāi)挖

本工程基坑開(kāi)挖遵循“分塊、分層、對(duì)稱”的開(kāi)挖原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將核心區(qū)域土體豎向分為兩層，第一層厚3.3 m，第二層厚2.0 m；平面分為9個(gè)區(qū)域，如圖5所示。開(kāi)挖過(guò)程中采取跳挖方式進(jìn)行。開(kāi)挖時(shí)，首先大面積開(kāi)挖至地面以下3.3 m；之后根據(jù)圖6分區(qū)垂直跳挖至坑底；跳槽的開(kāi)挖順序?yàn)椋?（2）-7（3）-4（6）-5（1、9），由于基坑四周場(chǎng)地開(kāi)闊，可進(jìn)行放坡開(kāi)挖。分區(qū)開(kāi)挖結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)澆筑墊層與底板，減少基坑暴露時(shí)間，并在混凝土中添加早強(qiáng)劑。整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，進(jìn)行控制性降水，使水位控制在基坑開(kāi)挖面以下0.5～1.0 m。

圖5 隧道內(nèi)支撐加固示意圖Fig.5 Diagram of bracing reinforcement in tunnels

圖6 核心區(qū)分塊開(kāi)挖示意圖（單位：mm）Fig.6 Diagram of part-excavation in core area（mm）

除上述施工控制措施外，施工過(guò)程中還可通過(guò)一些輔助措施來(lái)限制隧道結(jié)構(gòu)上浮，如隧道周圍注漿加固，底板堆載反壓和沙袋護(hù)坡等。核心區(qū)基坑的施工順序依次為：①三軸攪拌樁地基加固及隧道內(nèi)“米”字形支撐設(shè)置，② 工程樁及橋樁基礎(chǔ)施工，③ 第1層土體開(kāi)挖，④ 第2層土體分區(qū)開(kāi)挖并澆筑底板。

3 地鐵監(jiān)測(cè)概況

隆起及收斂變形過(guò)大易引起隧道結(jié)構(gòu)裂縫、管縫張開(kāi)及滲漏水的發(fā)生，根據(jù)工程特點(diǎn)及地鐵保護(hù)要求，對(duì)地鐵隧道的沉降及收斂變形進(jìn)行觀測(cè)，在基坑下方及兩側(cè)一定范圍內(nèi)每環(huán)管片上均布置相應(yīng)測(cè)點(diǎn)，如圖7所示，其中左線隧道沉降點(diǎn)從左至右編號(hào)依次為：L01-L90，共90個(gè)點(diǎn)，編號(hào)L01～L50等50個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于開(kāi)挖區(qū)域下方。右線位移觀測(cè)點(diǎn)，從左至右編號(hào)為R01-R128，共128個(gè)測(cè)點(diǎn)，右線R51～R100等50個(gè)測(cè)點(diǎn)位于開(kāi)挖區(qū)域下方。每環(huán)隧道內(nèi)的測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖8所示，其中隧道沉降測(cè)點(diǎn)布置在軌道板上兩條軌道中間，收斂變形則通過(guò)隧道圓環(huán)的水平直徑變化進(jìn)行測(cè)量，所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率均為每日一次。

圖7 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.7 Diagram of distribution of distortion monitoring points

圖8 隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：m）Fig.8 Diagram of distribution of tunnel monitoring points（m）

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在開(kāi)挖卸載作用下，坑底土體發(fā)生回彈，兩側(cè)土體向坑內(nèi)擠壓，進(jìn)而引起下方隧道發(fā)生變形，隧道的主要變形特征有隆起變形、水平變形和收斂變形[10]，由于本工程的基坑核心區(qū)域位于盾構(gòu)隧道的正上方，開(kāi)挖區(qū)域關(guān)于隧道線路左右對(duì)稱，因此不會(huì)引起較大的水平位移。

4.1 隧道隆起變形

4.1.1 左線隧道

隧道隆起變形是上跨基坑施工控制的關(guān)鍵，圖9給出了整個(gè)過(guò)程不同階段的隧道豎向位移（圖中隆起為“＋”，沉降為“-”），可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)基坑施工過(guò)程中右線隧道的豎向位移均小于10 mm，滿足盾構(gòu)隧道對(duì)變形的控制要求。攪拌樁施工結(jié)束后，隧道的豎向位移表現(xiàn)為沉降，隧道最大沉降變形為4.5 mm，發(fā)生在第35環(huán)，而不是在第25環(huán)，豎向位移曲線并不關(guān)于基坑中心對(duì)稱，且靠近車站一側(cè)的豎向位移明顯小于另外一側(cè)，證明地鐵車站對(duì)盾構(gòu)隧道的豎向位移產(chǎn)生了一定的限制作用。在鉆孔樁及第1層土體開(kāi)挖結(jié)束后，隧道的沉降變形略有減小，可見(jiàn)鉆孔樁及淺層土體的開(kāi)挖對(duì)隧道豎向位移的影響不大。核心區(qū)第2層土體的分區(qū)開(kāi)挖過(guò)程中，隧道發(fā)生明顯的隆起變形，開(kāi)挖結(jié)束后隧道的最終豎向位移由沉降轉(zhuǎn)變?yōu)槁∑?，最大隆起量達(dá)5.5 mm。

圖10為基坑開(kāi)挖引起的隧道豎向位移，即以鉆孔樁施工結(jié)束后的隧道位移作為初始值時(shí)，后續(xù)不同開(kāi)挖階段盾構(gòu)隧道的豎向位移變形曲線?？梢?jiàn)，第1層土體開(kāi)挖引起的隧道隆起變形不大；后續(xù)對(duì)稱分區(qū)開(kāi)挖工程中，隧道的豎向位移不斷增加，整個(gè)開(kāi)挖階段引起的最大豎向位移為8 mm，發(fā)生隆起變形的盾構(gòu)隧道范圍為10～65環(huán)，在臨近地鐵車站的0～10環(huán)內(nèi)，豎向位移基本沒(méi)有變化，且在75～90環(huán)區(qū)域，隧道卻出現(xiàn)了反彎，發(fā)生了至少1 mm的沉降變形。

圖11為左線不同測(cè)點(diǎn)豎向位移隨施工時(shí)間的變化情況，其中第5，15，25，35，45環(huán)位于基坑施工范圍內(nèi)，第65，85環(huán)位于開(kāi)挖范圍外，攪拌樁施工結(jié)束后，除5，65和85環(huán)以外，其他測(cè)點(diǎn)均發(fā)生了明顯的沉降變形，在鉆孔灌注樁的施工過(guò)程中，各測(cè)點(diǎn)的豎向位移變形都不大?；娱_(kāi)挖開(kāi)始后，基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的第5，15，25，35，45環(huán)均發(fā)生隆起變形，而第85環(huán)則反而發(fā)生沉降變形，65環(huán)的豎向位移則沒(méi)有明顯變化。

圖9 左線隧道豎向位移曲線Fig.9 Vertical displacement curve of the left tunnel

圖10 開(kāi)挖引起的左線隧道豎向位移曲線Fig.10 Vertical displacement curve of the left tunnel by excavation

圖11 左線典型測(cè)點(diǎn)的位移-時(shí)間曲線Fig.11 Displacement-time curve of typical points of left tunnel

4.1.2 右線隧道

右線隧道與左線隧道最大的差別在于，隧道左端距離地鐵車站較遠(yuǎn)，與車站的最短距離約50環(huán)，車站對(duì)基坑下方區(qū)域盾構(gòu)隧道的約束作用減弱。

圖12為右線隧道在基坑施工過(guò)程中不同階段的隧道豎向位移曲線，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)施工過(guò)程中右線隧道的豎向位移均小于10 mm，滿足盾構(gòu)隧道的變形要求。隧道50～100環(huán)位于基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)，攪拌樁施工開(kāi)始后，基坑及兩側(cè)一定范圍內(nèi)的盾構(gòu)隧道均發(fā)生了明顯的沉降變形，其中45～80環(huán)的沉降變形較大，最大沉降達(dá)7.5 mm，發(fā)生在60環(huán)左右，其余部分的沉降量均在-2 mm左右，最大位移發(fā)生在60環(huán)而不是75環(huán)（基坑中心），這可能與攪拌樁施工時(shí)，水泥旋噴的壓力控制有關(guān)。

鉆孔樁及基坑第一層開(kāi)挖結(jié)束后，隧道的沉降變形逐漸減小，當(dāng)?shù)诙臃謪^(qū)開(kāi)挖結(jié)束后，0～60環(huán)范圍內(nèi)的豎向位移幾乎為0，而70～130范圍內(nèi)的最終豎向位移表現(xiàn)為隆起，最大隆起值達(dá)7.7 mm，發(fā)生在80環(huán)附近。

圖13為以鉆孔樁施工結(jié)束后的隧道位移作為初始值，基坑開(kāi)挖引起的右線盾構(gòu)隧道豎線位移。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，基坑開(kāi)挖開(kāi)始后，隧道不斷發(fā)生隆起變形，尤其在基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)，隧道隆起變形更加明顯，由于每次開(kāi)挖都關(guān)于基坑（75環(huán)）對(duì)稱，因此隧道的變形曲線也基本關(guān)于75環(huán)對(duì)稱，越靠近基坑中線，隧道隆起變形越大，基坑開(kāi)挖結(jié)束后，由開(kāi)挖引起的最大隧道變形為6.3 mm，明顯小于左線的最大隆起變形8 mm，這與開(kāi)挖結(jié)束后隧道的上覆土厚度有關(guān)，右線隧道的上覆土厚度（4.3 m）大于左線的覆土厚度（3.3 m）。

圖14為右線部分圓環(huán)豎向位移隨施工時(shí)間的變化情況，其中第55，65，75，85，95環(huán)位于基坑施工范圍內(nèi)，第15，35環(huán)位于基坑外靠近地鐵車站一側(cè)，第115環(huán)則位于開(kāi)挖范圍以外遠(yuǎn)離車站一側(cè)。由圖可知，攪拌樁施工結(jié)束后，所有測(cè)點(diǎn)均發(fā)生了一定的沉降變形，在鉆孔灌注樁的施工過(guò)程中，多數(shù)盾構(gòu)圓環(huán)的沉降數(shù)值逐漸減小?；娱_(kāi)挖開(kāi)始后，除基坑開(kāi)挖范圍外的第15，35，115環(huán)外，多數(shù)測(cè)點(diǎn)的隆起變形速率迅速增大。

圖12 右線隧道豎向位移曲線Fig.12 Vertical displacement curve of the right tunnel

圖13 開(kāi)挖引起的右線隧道豎向位移曲線Fig.13 Vertical displacement curve of the right tunnel by excavation

圖14 右線典型測(cè)點(diǎn)的位移-時(shí)間曲線Fig.14 Displacement-time curve of typical points of right tunnel

4.2 隧道管片收斂

4.2.1 左線隧道

對(duì)于盾構(gòu)隧道的收斂變形，同樣是上跨基坑施工控制的關(guān)鍵，圖15為三軸攪拌樁施工結(jié)束及基坑開(kāi)挖結(jié)束兩個(gè)階段左線管片的收斂變形，監(jiān)測(cè)時(shí)只對(duì)管片的水平收斂進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，其中“＋”代表直徑增大，“-”代表直徑減小。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，三軸攪拌樁施工結(jié)束后，幾乎所有管片的水平收斂變形值均為“＋”，即水平直徑增大，管片圓環(huán)變形形態(tài)表現(xiàn)為“橫鴨蛋”,產(chǎn)生這種變形的主要原因是攪拌樁加固后隧道上方土體容重和剛度增加，相當(dāng)于對(duì)隧道截面進(jìn)行豎向加載，此外攪拌樁施工過(guò)程中的攪拌壓力同樣會(huì)引起隧道發(fā)生豎向收斂變形。文獻(xiàn)[11，12]采用有限元和理論計(jì)算的方法對(duì)基坑施工引起下臥隧道的收斂變形進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，基坑開(kāi)挖卸荷作用下，下臥隧道會(huì)發(fā)生明顯的“豎鴨蛋”式收斂變形，即水平收斂變形顯著減小。而圖15表明，當(dāng)隧道上方進(jìn)行開(kāi)挖卸載后，在基坑開(kāi)挖結(jié)束后，所有盾構(gòu)圓環(huán)的水平收斂變形并無(wú)太大變化，只是略有減小（1 mm），證明盾構(gòu)隧道一旦在外部擾動(dòng)作用下發(fā)生收斂變形，將很難發(fā)生可逆變形。

圖16為不同隧道圓環(huán)水平收斂在不同施工階段的發(fā)展變化情況，同樣說(shuō)明，一旦盾構(gòu)隧道在攪拌樁施工影響下發(fā)生“橫鴨蛋”式收斂變形，在進(jìn)一步的開(kāi)挖卸荷作用下，收斂變形將很難恢復(fù)。

此外從圖15還可發(fā)現(xiàn)，整個(gè)施工過(guò)程中，水平收斂變形最大值為6 mm，發(fā)生在攪拌樁施工結(jié)束后，施工結(jié)束后，盾構(gòu)圓環(huán)最終的收斂變形為5 mm。收斂變形沿隧道軸向的變化與隆起變形相類似，在0～10環(huán)范圍內(nèi)，由于地鐵車站的約束作用，收斂變形很小，多在1 mm左右，基坑范圍內(nèi)的15～55環(huán)則較大。

圖15 左線隧道收斂變形曲線Fig.15 Convergence deformation curve of the left tunnel

圖16 收斂變形隨時(shí)間的變化曲線（左線）Fig.16 Development curve of convergence deformation with different time(the left tunnel)

4.2.2 右線隧道

圖17為攪拌樁及開(kāi)挖結(jié)束時(shí)右線隧道的收斂變形曲線，從圖中可以發(fā)現(xiàn)攪拌樁施工結(jié)束后，隧道水平收斂變形同樣為“＋”，即隧道截面發(fā)生“橫鴨蛋”式變形，水平收斂變形較大的測(cè)點(diǎn)范圍為30～120環(huán)，既除基坑下方的盾構(gòu)圓環(huán)外，基坑兩側(cè)各20環(huán)范圍內(nèi)同樣會(huì)發(fā)生一定的收斂變形，只是收斂變形量有所減小。開(kāi)挖結(jié)束后，隧道的水平收斂變形并無(wú)太大變化，基坑施工完成后隧道收斂變形的最大值為7 mm。

圖18為特定測(cè)點(diǎn)收斂變形隨施工進(jìn)度的變化曲線，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，攪拌樁施工結(jié)束后，所有測(cè)點(diǎn)均發(fā)生了一定的收斂變形，且越靠近基坑中心，隧道圓環(huán)的收斂變形越大。如左線隧道一樣，在鉆孔灌注樁及基坑開(kāi)挖施工階段，隧道的收斂變形略有減小，但變化不大。

圖17 右線隧道收斂變形曲線Fig.17 Convergence deformation curve of the right tunnel

圖18 收斂變形隨時(shí)間的變化曲線（右線）Fig.18 Development of convergence deformation of the right tunnel

5 結(jié)論

文章詳細(xì)介紹了金沙湖綠軸下沉廣場(chǎng)上跨杭州地鐵1號(hào)線基坑施工時(shí)的隧道變形控制措施，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析了施工過(guò)程中的隧道隆起及收斂變形，得到如下結(jié)論：

1）上跨地鐵隧道的基坑施工時(shí)，對(duì)基坑下方土體進(jìn)行“門(mén)”式三軸攪拌樁加固，坑底設(shè)置抗拔樁，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行“米”字形支撐加固，采用分區(qū)對(duì)稱開(kāi)挖方式進(jìn)行施工，能有效控制下臥隧道的隆起變形和收斂變形，施工過(guò)程中左線隧道的豎向位移變化范圍為-4.5～5.5 mm，右線豎向位移的變化范圍為-7.5～7.7 mm，施工結(jié)束后，左右線隧道的最終最大豎向位移分別為5.5 mm和7.7 mm，均表現(xiàn)為隆起變形，且左右線隧道的隆起變形均能滿足規(guī)范給定的豎向位移要求。

2）攪拌樁施工時(shí)隧道發(fā)生沉降變形，且隧道的最大沉降變形量與攪拌樁施工控制有關(guān)，攪拌樁施工結(jié)束后，左右線隧道的最大沉降量分別為-4.5 mm和-7.5 mm，鉆孔灌注樁距離隧道較遠(yuǎn)，施工時(shí)對(duì)隧道的豎向位移影響不大，基坑開(kāi)挖開(kāi)始后，隧道豎向位移快速增加，并由隧道沉降逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槁∑?，開(kāi)挖引起的左右線隧道豎向位移分別為6.3 mm和8 mm，右線略大于左線，這與基坑開(kāi)挖結(jié)束后左右線隧道的上覆土厚度有關(guān)。

3）淺層土體開(kāi)挖引起的隧道豎向位移明顯小于深層土體開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中隧道的隆起變形影響范圍為基坑兩側(cè)20環(huán)以內(nèi)，且在兩側(cè)20環(huán)以外，隧道會(huì)出現(xiàn)反向的沉降變形，基坑開(kāi)挖引起的隧道隆起變形曲線基本關(guān)于基坑中線左右對(duì)稱。

4）由于加固后上方土體容重和剛度的增加，加之，施工中攪拌壓力的作用，攪拌樁施工過(guò)程中隧道發(fā)生水平直徑增大豎向減小的“橫鴨蛋”式收斂變形，左右線隧道的最大水平收斂變形分別為6 mm和7 mm。與隧道的豎向位移不同，隧道收斂在后續(xù)施工過(guò)程中的變化不大，水平收斂變形只略有減小，即鉆孔樁與基坑開(kāi)挖階段隧道的收斂變形并無(wú)太大變化，說(shuō)明隧道橫斷面一旦在外部擾動(dòng)作用下發(fā)生收斂變形，將很難再在外力作用下發(fā)生逆向的收斂變形，治理起來(lái)將會(huì)非常困難，這已在此類的治理案例中得到了驗(yàn)證[13-15]。

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Measurement analyses on the deformation of shield tunnels due to excavation-induced unloading

YANG Longcai，GUO Pengfei，YU Zheng
（Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 200092）

To safely excavate a pit over the existing tunnel,it is of great importance to control the deformation of the downside tunnel during the excavation construction process.Measuring analysis method is used in this paper to introduce in detail about the deformation control measures of the lying tunnel in the process of pit excavation. The measures mentioned above include mixing piles strenthening before excavation,setting anti-floating plies and setting ‘star shape’support inside the tunnel.Conclusions have been drawn from the analysis of the deformation mechanism of the lying tunnel during pit excavation process：the cement mixing process will cause slight settlement of the tunnel;pit excavation will lead to whole-slab lifting and convergence of the tunnel itself;the cement lifting method and the anti-floating piles can effectively control the uplifting deformation during the tunnel construction process,while the asterisk support inside the tunnel have a strong effort on minimizing the convergence deformation of the tunnel;the construction of mixing piles will cause ‘oval shaped’of deformation of the tunnel,while the pit excavation afterwards has little influence on the deformation.

pit excavation,underling tunnel,uplift deformation,convergence deformation

TU470

A

1005-0523（2017）02-0020-09

（責(zé)任編輯 王建華）

2016－09－29

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51478353，41472247）

郭鵬飛（1987—），男，博士研究生，主要從事地基處理及基坑方面的研究工作。