張偉森,吳大勇

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司,北京 100018 )

隨著盾構(gòu)工法在市政工程中的應(yīng)用，遇到的工程問(wèn)題也日益突出，其中，盾構(gòu)穿越既有建筑物就是盾構(gòu)施工過(guò)程中的重大難題之一[1-2]，尤其當(dāng)盾構(gòu)隧道下穿既有建筑物是機(jī)場(chǎng)時(shí)，鑒于機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的重要性，必須深入研究。許多學(xué)者也在盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)等重要建筑物方面進(jìn)行了研究，如周松等[3]通過(guò)分析盾構(gòu)下穿機(jī)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，提出了相應(yīng)的控制措施，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案及手段等進(jìn)行了詳述，為類似工程提供了借鑒；譚忠盛等[4]研究了大斷面淺埋隧道穿越首都機(jī)場(chǎng)過(guò)程中的控制技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化施工工藝和參數(shù)，有效降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，解決了沉降控制的難題；李興高等[5]將超長(zhǎng)管幕的施工方法引入到盾構(gòu)下穿機(jī)場(chǎng)跑道的施工控制過(guò)程中，根據(jù)跑道的變形監(jiān)測(cè)，得出變形值均在允許范圍內(nèi)，實(shí)踐證明了該方法在盾構(gòu)下穿機(jī)場(chǎng)過(guò)程中切實(shí)可行；郭玉海等[6]、彭華等[7]則對(duì)盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)輕軌高架的風(fēng)險(xiǎn)控制進(jìn)行了研究，通過(guò)結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)、數(shù)值模擬和工程信息反饋等，總結(jié)出了合理的推進(jìn)參數(shù)，為類似工程提供了理論依據(jù)與實(shí)踐借鑒。上述研究雖取得了一定的成果，但多是偏重于研究盾構(gòu)下穿機(jī)場(chǎng)過(guò)程中的施工控制，缺少對(duì)變形規(guī)律的分析。因此，本文以盾構(gòu)下穿機(jī)場(chǎng)實(shí)例為工程背景，在分析施工風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的控制措施，并基于現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了機(jī)場(chǎng)地面沉降的變形規(guī)律，且將R/S分析法引入到機(jī)場(chǎng)地面沉降變形的發(fā)展趨勢(shì)研究中，為及時(shí)調(diào)控施工參數(shù)提供依據(jù)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

圖1 盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)平面示意

穗莞深城際軌道交通線下穿深圳機(jī)場(chǎng)，所處區(qū)間為深圳機(jī)場(chǎng)北站—深圳機(jī)場(chǎng)站區(qū)間，埋深11～22 m，該線路最大縱坡30‰，最大平曲線半徑1 100 m。在經(jīng)過(guò)半徑1 100 m的“S”形反彎段后，在DK81+320～DK82+930段下穿機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)(長(zhǎng)度約1 600 m)，在下穿機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)段范圍內(nèi)設(shè)計(jì)有冷凍法加固、礦山法開(kāi)挖的聯(lián)絡(luò)通道3處。隧道在DK81+320～DK81+700段下穿深圳機(jī)場(chǎng)一、二跑道間的垂直聯(lián)絡(luò)道(含中部7段、累計(jì)總長(zhǎng)度約180 m草坪)，在DK81+700～DK82+930穿T3航站樓西側(cè)滑行道以及機(jī)坪，穿越區(qū)段的平面示意如圖1所示。同時(shí)，盾構(gòu)機(jī)類型為ZTE8800土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，推進(jìn)方向?yàn)閺臋C(jī)場(chǎng)北站南北兩端始發(fā)，均采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)段采用單層襯砌、平板型管片；管片外徑8.5 m，內(nèi)徑7.7 m，管片環(huán)寬1.6 m；采用通用楔形環(huán)，雙面楔形，楔形量46 mm；管片采用1+6的分塊模式，錯(cuò)縫拼裝，且管片采用C50高性能耐腐蝕混凝土，混凝土抗?jié)B等級(jí)P12。根據(jù)管片接縫防水設(shè)計(jì)方案，接縫外側(cè)設(shè)置1道彈性密封墊，并在管片內(nèi)側(cè)預(yù)留嵌縫槽。在管片接觸面不設(shè)凹凸榫槽，在縱縫上設(shè)置定位棒?？紤]抗震和列車振動(dòng)等要求，接縫均采用斜螺栓連接。環(huán)間采用19顆M30縱向斜螺栓連接，每環(huán)內(nèi)采用14顆M30環(huán)向斜螺栓連接，使縱縫成為具有一定抗彎剛度的彈性鉸，螺栓機(jī)械強(qiáng)度等級(jí)均采用6.8級(jí)。

1.2 工程地質(zhì)條件

盾構(gòu)穿越段上覆層主要為填土、填砂、淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土等，多為松土，部分地段地層呈振動(dòng)液化狀；下伏主要為全風(fēng)化花崗巖(硬土)、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(軟巖)，且隧道埋深區(qū)段主要分布為粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖和中砂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查資料，將區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)條件沿縱向的分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示，并將各土層的基本特征分述如下。

表1 穿越區(qū)段土體相關(guān)參數(shù)

粉質(zhì)黏土：該地層在區(qū)內(nèi)大部分地段均有分布，顏色多呈褐黃色、淺灰色和褐紅色，狀態(tài)為硬塑和局部可塑，且以粉、黏粒為主，由混合花崗巖、花崗巖風(fēng)化殘積而成。

淤泥質(zhì)黏土、沙土：該地層顏色多呈深灰～灰黑色，飽和度較高，狀態(tài)為流塑和軟塑，呈層狀或透鏡體狀構(gòu)造。

中砂：該地層在區(qū)內(nèi)部分地段有分布，顏色為淺灰或灰黃色，飽和度較高，密實(shí)度松散～稍密，成分以石英為主，分選性較好，呈透鏡體狀構(gòu)造。

全風(fēng)化花崗巖：該地層呈褐黃色，巖芯呈堅(jiān)硬砂土狀或半巖半土狀，石英含量高達(dá)65%～70%，其余礦物均已風(fēng)化成粉質(zhì)黏土等，手掰易碎，浸水易崩解，層狀構(gòu)造，埋深及厚度變化較大。

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地主要位于海陸交互層沖積平原區(qū)，地下水埋深較淺，水位相對(duì)較穩(wěn)定，地表水多以降雨進(jìn)行補(bǔ)給，而地下水則主要以降雨補(bǔ)給及地表水側(cè)向補(bǔ)給為主，將區(qū)內(nèi)地表水和地下水的基本情況分述如下。

(1)地表水

區(qū)內(nèi)及其附近的地表水系較為發(fā)育，常見(jiàn)河涌及水塘，但水深一般不深，且受海水潮汐影響，地表水體的咸化較為嚴(yán)重，潮差多在1～1.5 m。

(2)地下水

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存情況，可將地下水分為孔隙潛水和基巖裂隙水，其基本特征分述如下。

孔隙潛水：主要含水層為砂土層，區(qū)內(nèi)呈帶狀分布，厚度多在0.50～3.50 m，該層土體的透水性及富水性均較好，且具有一定的承壓性；次要含水層為淤泥質(zhì)土層，成分以黏粒為主，在場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，具有厚度大、孔隙比大和含水量高等特點(diǎn)。

基巖裂隙水：區(qū)內(nèi)下伏基巖以花崗巖、混合花崗巖及片巖為主，巖石的節(jié)理裂隙發(fā)育，該類地下水主要賦存在強(qiáng)風(fēng)化～中等風(fēng)化帶中，具有徑流條件好、地下水量大和分布不均勻等特點(diǎn)。

2 盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)及控制

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

由于盾構(gòu)下穿機(jī)場(chǎng)，近接施工對(duì)象的重要性等級(jí)較高，將施工過(guò)程中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)分析如下。

(1)覆土較淺。隧道穿越機(jī)場(chǎng)段的隧道埋深在11～22 m，整體埋深一般，局部較淺，而盾構(gòu)外徑為8.5 m，使得施工過(guò)程中，易誘發(fā)地表沉降或冒漿等問(wèn)題。

(2)穿越段土層條件較差。隧道埋深區(qū)段主要分布為粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖和中砂，可塑性較強(qiáng)，在盾構(gòu)施工的擾動(dòng)下，易造成土體結(jié)構(gòu)的破壞，且在盾構(gòu)推進(jìn)的動(dòng)力作用下，部分地區(qū)的土層具有出現(xiàn)振動(dòng)液化的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)沉降控制要求高。由于盾構(gòu)隧道是下穿機(jī)場(chǎng)，為保證機(jī)場(chǎng)后期的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)施工產(chǎn)生的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要求較高，且由于地質(zhì)條件的不均勻性和施工擾動(dòng)的不確定性，給施工過(guò)程中的沉降控制增加了難度。

(4)施工環(huán)境復(fù)雜。由于機(jī)場(chǎng)內(nèi)管線眾多，且管線埋深較淺，開(kāi)挖易造成地層移位，管線變形超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)大。

(5)測(cè)量過(guò)程困難。由于機(jī)場(chǎng)出入要求控制較高，監(jiān)測(cè)人員不能隨時(shí)進(jìn)入停機(jī)坪和滑行道，因此及時(shí)準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)是監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)；同時(shí)，由于盾構(gòu)區(qū)間下穿的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的特殊性，每周只能在機(jī)場(chǎng)方指定的特定時(shí)間段，進(jìn)入到指定的位置巡視。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

為保證盾構(gòu)的正常推進(jìn)及機(jī)場(chǎng)后期運(yùn)營(yíng)的安全，采取了如下措施以克服上述可能的風(fēng)險(xiǎn)。

(1)現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)試驗(yàn)。為確定盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)、出土量、同步注漿和二次注漿質(zhì)量等關(guān)鍵參數(shù)，選擇DK80+915～DK81+115里程段(長(zhǎng)度200 m，合計(jì)125環(huán))作為掘進(jìn)試驗(yàn)段，該里程范圍的隧道埋深、地質(zhì)條件、水文條件與機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)段基本一致，且試驗(yàn)段完成時(shí)正好進(jìn)入停機(jī)檢修區(qū)域。通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)段施工參數(shù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果，分析盾構(gòu)施工參數(shù)與地表沉降變形間的關(guān)系，初步確定飛行區(qū)穿越段的推進(jìn)參數(shù)。

(2)施工控制措施。建立盾構(gòu)推進(jìn)管理領(lǐng)導(dǎo)小組，全面負(fù)責(zé)施工過(guò)程中的所有問(wèn)題；加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)操作人員的培訓(xùn)，嚴(yán)格保證盾構(gòu)使用期的維護(hù)；嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)中的姿態(tài)，保證實(shí)際軸線同設(shè)計(jì)軸線的偏差量小于±70 mm，且每次糾偏量不大于5 mm；根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿等。

(3)應(yīng)急處理措施。在穿越飛行區(qū)期間，成立應(yīng)急組織領(lǐng)導(dǎo)小組，全面負(fù)責(zé)處理穿越過(guò)程中遇到的突發(fā)事件，并健全特殊情況的響應(yīng)流程，避免錯(cuò)過(guò)最佳的處理時(shí)機(jī)；明確相應(yīng)突發(fā)事件的應(yīng)急措施及準(zhǔn)備，以便最快時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理。

(4)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)控制。由于盾構(gòu)穿越飛行區(qū)段的土體具有高孔隙度、高壓縮性、高富水性、低透水性和富含有機(jī)質(zhì)等特征，以及觸變性、流變性等工程性能，使得盾構(gòu)穿越時(shí)易發(fā)生較大的地表沉降，從而影響飛行安全。因此，為保證機(jī)場(chǎng)的正常安全運(yùn)營(yíng)，實(shí)時(shí)掌握盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中的變形情況，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，建立了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案，監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)?？紤]到機(jī)場(chǎng)地表沉降控制的重要性和篇幅限制，本文僅對(duì)盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)段的地表沉降進(jìn)行介紹和分析。在機(jī)場(chǎng)地面沉降的監(jiān)測(cè)中，每個(gè)斷面共計(jì)布設(shè)13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，斷面間距25 m，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的斷面布置如圖2所示，且為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度，采用高精度徠卡全站儀(精度0.5″)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，結(jié)合《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》和場(chǎng)地的重要性共同確定不同階段的預(yù)警值和控制值，盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)段的地表沉降變形控制分為兩階段：①施工期間的預(yù)警值和控制值分別為12 mm和15 mm；②施工過(guò)后的預(yù)警值和控制值分別為16 mm和20 mm。

3. 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

盾構(gòu)施工過(guò)程中的變形規(guī)律研究具有極其重要的必要性[8-10]，能評(píng)價(jià)上述盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)過(guò)程中控制措施的有效性，考慮到機(jī)場(chǎng)地表變形控制對(duì)機(jī)場(chǎng)后期運(yùn)營(yíng)的重要性，再對(duì)盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)過(guò)程中的地表變形數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)律性分析，且由于左線為先行洞，因此將分析順序定為先左洞，后右洞。同時(shí)，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)頻率為1次/d，共計(jì)收集36 d的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.1 變形規(guī)律分析

(1)左線變形規(guī)律

在左線的變形規(guī)律研究中，選取ZDK81+255斷面中沉降量最大的9號(hào)和11號(hào)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析研究，兩測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)起止時(shí)間分別為2016年10月26日和2016年12月1日，變形時(shí)程曲線如圖3所示。從圖3可以得出，9號(hào)和11號(hào)測(cè)點(diǎn)的變形趨勢(shì)基本相當(dāng)，具有前期波動(dòng)性強(qiáng)、中期加速沉降和后期沉降減弱的特征，分析其原因：在前期，由于盾構(gòu)掌子面未到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面，使得監(jiān)測(cè)斷面下部土體處于相對(duì)擠壓狀態(tài)，擠壓程度與盾構(gòu)機(jī)的推力相關(guān)，進(jìn)而波動(dòng)性強(qiáng)；在中期，由于盾構(gòu)穿越監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)斷面下部土體的擾動(dòng)較大，伴隨超靜孔隙水壓力的消散，使得監(jiān)測(cè)斷面出現(xiàn)了加速沉降的特征；在后期，結(jié)合工程施工過(guò)程，主要是由于二次注漿，一定程度上補(bǔ)充了地層損失，使得沉降變形減弱。

(2)右線變形規(guī)律

為對(duì)比左線的變形特征，在右線的變形特征分析中，也對(duì)YDK81+255斷面沉降量最大的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行研究，監(jiān)測(cè)的起止時(shí)間分別為2016年12月9日和2017年1月15日，該兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為5號(hào)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其變形時(shí)程曲線如圖4所示。

由圖4可知，5號(hào)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形趨勢(shì)也基本相當(dāng)，且與左線兩測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)相似，但右線的加速沉降階段相對(duì)更早，說(shuō)明先行洞的施工擾動(dòng)能加速后行洞的沉降變形。

根據(jù)前述分析及相關(guān)文獻(xiàn)[11-13]的研究成果，得出盾構(gòu)斷面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降具有對(duì)稱規(guī)律。兩斷面沉降量拋物線擬合結(jié)果如表2所示。由表2可知，兩斷面的擬合精度均不高，也進(jìn)一步說(shuō)明盾構(gòu)穿越飛行區(qū)段的地面沉降變形具有較強(qiáng)的波動(dòng)性。同時(shí)，左線斷面對(duì)稱測(cè)點(diǎn)均近似為8號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而右線斷面的對(duì)稱節(jié)點(diǎn)為11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

表2 沉降量拋物線擬合結(jié)果

綜合上述分析，左、右兩線各斷面的沉降量均較小，未超過(guò)沉降控制值，說(shuō)明了施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制措施較為有效，達(dá)到了預(yù)期效果。

3.2 變形趨勢(shì)研究

上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析能即時(shí)反映盾構(gòu)施工對(duì)地表變形的影響，但地表變形的發(fā)展趨勢(shì)仍需進(jìn)一步研究，以便掌握地表變形的發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)后期施工。因此，將R/S分析法引入到盾構(gòu)穿越飛行區(qū)段地表沉降變形趨勢(shì)的研究中。

R/S分析首先由Hurst將其應(yīng)用于尼羅河的水文分析中，可對(duì)時(shí)間序列的長(zhǎng)期相關(guān)性及分形特征進(jìn)行判斷，進(jìn)而確定時(shí)間序列的趨勢(shì)性，將其基本原理詳述如下[14-15]。

若將隧道的時(shí)間序列表示為{Ni}(i=1，2，…N)，將其劃分為A個(gè)長(zhǎng)為n的子序列，設(shè)定每個(gè)子序列為Ia(a=1，2，…，A)，且子序列中的每個(gè)元素可表示為Nk，a，則子序列Ia的平均值表示為

(1)

式中，ea為子序列的均值。

根據(jù)子序列的基本元素和均值，計(jì)算各子序列的累計(jì)離差，即

(2)

進(jìn)一步計(jì)算得到每個(gè)子序列的極差

(3)

同時(shí)，每個(gè)子序列的標(biāo)準(zhǔn)差為

(4)

經(jīng)過(guò)前述對(duì)極差和標(biāo)準(zhǔn)差的求解，可得到各子序列的重標(biāo)極差為

(5)

對(duì)于特定n值時(shí)，可將其重標(biāo)極差的均值表示為

(6)

當(dāng)n值不同時(shí)，可以得到多個(gè)(n，(R/S)n)散點(diǎn)，且根據(jù)Mandelbrot的研究成果，lgn和lg(R/S)n之間存在線性關(guān)系

lg(R/S)n=lgC+H·lgn

(7)

式中，H為Hurst指數(shù)；C為常數(shù)。

根據(jù)Matlab的cftool工具箱，對(duì)若干(n，(R/S)n)散點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合，以得到Hurst指數(shù)，進(jìn)而判斷隧道的變形趨勢(shì)。

在Hurst指數(shù)的評(píng)價(jià)過(guò)程中，其值一般在0～1，若未在該區(qū)間，說(shuō)明計(jì)算過(guò)程無(wú)效。當(dāng)0.5

為衡量時(shí)間序列的長(zhǎng)期記憶性和相關(guān)性，引入CM統(tǒng)計(jì)量，即

CM=22H-1-1

(8)

當(dāng)CM統(tǒng)計(jì)量大于0時(shí)，序列呈正相關(guān)；當(dāng)CM統(tǒng)計(jì)量小于0時(shí)，序列呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，CM統(tǒng)計(jì)量的絕對(duì)值越小，說(shuō)明相關(guān)性越弱，時(shí)間序列的長(zhǎng)期記憶性越差。

另外，為評(píng)價(jià)求解過(guò)程中的擬合效果，確定了3個(gè)擬合精度評(píng)價(jià)指標(biāo)，即擬合度、SSE(誤差平方和)和RMSE(均方根誤差)，且上述3個(gè)指標(biāo)能從cftool工具箱中直接計(jì)算得出。

為與上節(jié)中的變形規(guī)律分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，在地表沉降變形趨勢(shì)的研究中，選擇對(duì)左線9號(hào)和11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、右線5號(hào)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移序列和速率序列進(jìn)行R/S分析。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擬合曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表3。

表3 R/S分析擬合曲線統(tǒng)計(jì)

(1)沉降變形趨勢(shì)的總體分析

在左線沉降變形趨勢(shì)的分析中，分析數(shù)據(jù)來(lái)源于ZDK81+255斷面的9號(hào)和11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所示。根據(jù)表4，得到兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同序列處的Hurst指數(shù)均大于0.5，且均以位移序列的Hurst指數(shù)值相對(duì)更大，說(shuō)明9號(hào)和11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形趨勢(shì)具有正向持續(xù)性，即將持續(xù)保持沉降減弱的趨勢(shì)，且位移序列的趨勢(shì)性更強(qiáng)；在時(shí)間序列的相關(guān)性評(píng)價(jià)中，各序列的相關(guān)性均呈正相關(guān)，但位移序列的相關(guān)性明顯大于速率序列的相關(guān)性，說(shuō)明位移序列較速率序列具有相對(duì)更強(qiáng)的長(zhǎng)期記憶性；在擬合精度的評(píng)價(jià)方面，各序列的擬合度均趨于1，SSE和RMSE值均較小，說(shuō)明9號(hào)和11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的R/S分析具有較好的擬合精度，結(jié)果的可靠性較高。

表4 左線R/S分析參數(shù)統(tǒng)計(jì)

類比左線的分析過(guò)程，右線也分別對(duì)5號(hào)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移序列和速率序列進(jìn)行R/S分析，相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。由表5可知，5號(hào)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的Hurst指數(shù)值也都大于0.5，均得出兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變形將保持持續(xù)減弱的趨勢(shì)；在相關(guān)性分析及精度評(píng)價(jià)方面，右線兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與左線兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果類似，均具有正相關(guān)、高擬合精度等特點(diǎn)。

表5 右線R/S分析參數(shù)統(tǒng)計(jì)

綜上，得出在DK81+255斷面處沉降變形趨勢(shì)的一致性較好，均表現(xiàn)為沉降減弱，且為進(jìn)一步分析各監(jiān)測(cè)段在不同監(jiān)測(cè)時(shí)段的變形趨勢(shì)性，再對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同累加遞增時(shí)段和等維時(shí)段的變形趨勢(shì)進(jìn)行分析；同時(shí)，由于位移序列較速率序列具有相對(duì)更高的相關(guān)性和長(zhǎng)期記憶性，在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的階段性趨勢(shì)判斷中，均已位移序列進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。

(2)累加遞增時(shí)段的沉降變形趨勢(shì)分析

累加遞增時(shí)段指的是保留前一階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將評(píng)價(jià)時(shí)段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累加到前一時(shí)段。由于監(jiān)測(cè)樣本數(shù)據(jù)共計(jì)36個(gè)，將評(píng)價(jià)時(shí)段分為3個(gè)，即1～12周期(前期)、1～24周期(中期)和1～36周期(后期)，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表6、表7所示。由表6可知，9號(hào)和11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的Hurst指數(shù)值均是隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的持續(xù)而增加，且中期較前期的增加幅度較大；同時(shí)，各階段的擬合度較高，僅在11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)前期的擬合效果相對(duì)較差。由表7可知，5號(hào)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的Hurst指數(shù)隨時(shí)間的變化較前兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的特征具有一定的差異，表現(xiàn)為隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的持續(xù)，Hurst指數(shù)值先增加后減小，且中期增加的幅度遠(yuǎn)大于后期減小的幅度，說(shuō)明該斷面在右線施工過(guò)程中，沉降變形的趨勢(shì)性以中期最強(qiáng)，后期有所減弱。

表6 左線遞增時(shí)段評(píng)價(jià)過(guò)程的參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表7 右線遞增時(shí)段評(píng)價(jià)過(guò)程的參數(shù)統(tǒng)計(jì)

(3)等維時(shí)段的沉降變形趨勢(shì)分析

等維時(shí)段指的是將36個(gè)監(jiān)測(cè)周期等分為3個(gè)階段，即1～12周期(前期)、12～24周期(中期)和24～36周期(后期)，相應(yīng)的參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表8、表9所示。從表8和表9可知，在等維階段的分析過(guò)程中，左、右線在該斷面處的趨勢(shì)性均表現(xiàn)為隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的持續(xù)，趨勢(shì)性先增加后減小，以中期的Hurst指數(shù)值最大，且擬合度也均較高，說(shuō)明統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可信度好。

表8 左線等維時(shí)段評(píng)價(jià)過(guò)程的參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表9 右線等維時(shí)段評(píng)價(jià)過(guò)程的參數(shù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)比不同時(shí)段的分析結(jié)果，得出左線遞增時(shí)段和等維時(shí)段的規(guī)律性具有一定的差異，而右線在兩時(shí)段的規(guī)律性相當(dāng)，說(shuō)明采用不同時(shí)段的分析結(jié)果存在一定的差異。為綜合考慮兩時(shí)段的分析結(jié)果，建議在實(shí)際工程應(yīng)用中，以兩者評(píng)價(jià)的均值作為對(duì)應(yīng)時(shí)段變形趨勢(shì)分析的依據(jù)。

4 結(jié)論

基于對(duì)盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)段的地表沉降規(guī)律分析，可得到如下結(jié)論。

(1)通過(guò)施工準(zhǔn)備前期的風(fēng)險(xiǎn)分析，能有效掌握穿越過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)源，并針對(duì)性提出相應(yīng)的控制措施，且進(jìn)一步利用試驗(yàn)段對(duì)相關(guān)措施進(jìn)行優(yōu)化，為正式穿越提供依據(jù)和參考。

(2)通過(guò)對(duì)左右線多個(gè)斷面的分析，得出盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)段的地表沉降變形波動(dòng)性較大，但整體均在變形控制值范圍內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制措施取得了較好的效果，可以為類似工程提供實(shí)踐積累。

(3)后期的二次注漿能一定程度上補(bǔ)充地層損失，減弱地表的沉降變形，是一種重要的變形控制措施，但在應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)慎重確定二次注漿量和注漿壓力。

(4)各地表沉降變形序列的Hurst指數(shù)均大于0.5，說(shuō)明盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)段的地表變形以沉降趨勢(shì)為主，但趨勢(shì)性強(qiáng)度受監(jiān)測(cè)位置、施工順序的影響。在應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮各階段的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以便準(zhǔn)確指導(dǎo)后期施工。

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