陳曉飛 余郁 錢鋒

我國(guó)自上世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著隧道建設(shè)的發(fā)展，盾構(gòu)施工技術(shù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展，但由于受規(guī)劃及建、構(gòu)筑物的制約，在某些特殊條件下盾構(gòu)始發(fā)軸線在小半徑曲線上，造成施工風(fēng)險(xiǎn)大，提出相應(yīng)防治措施以及合理的施工方案是施工當(dāng)中最為重要的一環(huán)。

一、工程簡(jiǎn)介

1.工程概況

揚(yáng)州市瘦西湖隧道是我國(guó)直徑最大的單管雙層盾構(gòu)隧道，也是國(guó)內(nèi)第一座穿越國(guó)家5A級(jí)旅游核心景區(qū)和國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位的隧道，其主體為單孔雙層雙向四車道盾構(gòu)法隧道。本工程線路總長(zhǎng)為4082m，上層總長(zhǎng)2245m，隧道下層主線總長(zhǎng)2705m。盾構(gòu)段里程為K0+885～K2+160，總長(zhǎng)度為1175m。平面位置在里程K2+160～K1+546.963處設(shè)計(jì)一條R=1500m的左轉(zhuǎn)圓曲線，曲線長(zhǎng)613.037m，K0+933.637～K1+546.963為直線段， K0+885 ～ K0+ 9 33.637，位于R=700m的右轉(zhuǎn)圓曲線上?？v斷面最大坡度5%。盾構(gòu)需在R=1500m的左轉(zhuǎn)圓曲線上始發(fā)。

揚(yáng)州市瘦西湖隧道工程采用原南京長(zhǎng)江隧道工程使用的直徑為14.93m的泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)，單機(jī)總重3500噸，長(zhǎng)135m，額定推力185253kN，額定扭矩34735KNm，其最小轉(zhuǎn)彎半徑為750m。

2.工程與水文地質(zhì)條件

隧道所經(jīng)場(chǎng)地為一級(jí)階地和高砂平原過(guò)渡帶，地貌分區(qū)屬長(zhǎng)江下游沖積平原區(qū)，地貌類型為長(zhǎng)江三角洲平原中的古河口沙嘴，場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，地面高程6.0～9.0m。盾構(gòu)范圍內(nèi)主要為雜填土、淤泥、粉土、粉砂、黏土、粗砂、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)砂巖等。其中盾構(gòu)下穿層為全黏土地層⑶-1，黏土為下蜀黏土，具有硬塑，壓縮性低，中等膨脹性，遇水易崩解等特點(diǎn)。場(chǎng)地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水，主要分布于表層（1）雜填土、（2）-1層粉土和（2）-2層粉砂層內(nèi)，土層水平向呈廣泛而連續(xù)，垂向上具有一定的水平層狀沉積韻律變化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可知，潛水含水層的滲透系數(shù)為2.08E-3～2.66E-3cm/s，屬中等透水性。潛水位埋深0.3～4.9m，相對(duì)于標(biāo)高為3.077～4.536m，平均標(biāo)高為3.8m，水位變幅一般為0.3～4.9m。

二、小半徑曲線的始發(fā)施工

1.始發(fā)方案

盾構(gòu)始發(fā)軸線位于R=1500m的平面圓曲線，由于盾構(gòu)機(jī)主體長(zhǎng)度約14.3 m，不可能在工作井內(nèi)曲線始發(fā)。在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)初期，為了提供足夠的推力并保持反力架和負(fù)環(huán)管片穩(wěn)定，盾構(gòu)機(jī)必須沿直線推進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)整體進(jìn)入隧道，盾尾完全脫離始發(fā)基座后才能開(kāi)始轉(zhuǎn)彎。在直線推進(jìn)的前15m過(guò)程中，盾構(gòu)軸線與設(shè)計(jì)軸線將產(chǎn)生一定偏差；當(dāng)盾構(gòu)完全進(jìn)入土體后，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始糾偏，糾偏曲線與設(shè)計(jì)軸線也會(huì)有一定的偏差，所以盾構(gòu)機(jī)始發(fā)方向必須同時(shí)保證這兩個(gè)偏差不超過(guò)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。經(jīng)綜合考慮，采用割線始發(fā)，在洞門位置始發(fā)線路相對(duì)設(shè)計(jì)隧道中線偏移量為0mm，在盾構(gòu)進(jìn)入土體直線掘進(jìn)約15m位置，始發(fā)線路相對(duì)設(shè)計(jì)隧道中線偏移量為117.5mm；盾構(gòu)機(jī)直線推進(jìn)15m后，開(kāi)始向左轉(zhuǎn)彎進(jìn)行糾偏，糾偏曲線與設(shè)計(jì)軸線最大理論偏差為120mm，各個(gè)偏差的理論值均能滿足要求；待糾偏完畢后與圓曲線重合，繼續(xù)按照設(shè)計(jì)曲線施工。

2.監(jiān)測(cè)控制技術(shù)

據(jù)監(jiān)控量測(cè)目的，考慮盾構(gòu)隧道地質(zhì)條件、隧道埋深及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。設(shè)定各項(xiàng)觀測(cè)項(xiàng)目的預(yù)警值，有超過(guò)預(yù)警值的情況發(fā)生應(yīng)立即上報(bào)并采取補(bǔ)救措施，如依據(jù)規(guī)范最大地面沉降值為20mm，隆起值不超過(guò)10mm。

三、效果分析

始發(fā)洞口里程為K2+160，斷面1～斷面6的里程分別為K2+148、K2+120、K2+100、K2+080、K1+980、K1+820。

斷面位置圖

斷面1的位移觀測(cè)點(diǎn)全部布置在旋噴樁滿堂處理的復(fù)合地基之上。實(shí)測(cè)沉降結(jié)果表明，沉降槽隆起且盾構(gòu)軸心處為隆起最高點(diǎn)，隆起量達(dá)6.1mm，并未超過(guò)規(guī)范要求10mm。由于旋噴樁復(fù)合地基可有效提高地基承載力，加強(qiáng)地基整體剛度與整體性，在盾構(gòu)進(jìn)入復(fù)合地基時(shí)，可有效限制地基土的變形，且凍結(jié)施工也具有穩(wěn)定始發(fā)線性與防止洞口涌土的作用。

斷面2位于復(fù)合地基外側(cè)，且距邊緣樁中心僅22m。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，地表沉降沿盾構(gòu)軸心基本呈現(xiàn)對(duì)稱分布，沉降最大值（6.4mm）出現(xiàn)在盾構(gòu)軸心附近，且沉降值明顯小于埋深比更大的斷面3等。這可能旋噴樁施工時(shí)由于土體劈裂效應(yīng)，在旋噴樁體外還存在一些支體。支體是因?yàn)橥亮芽p造成的，其數(shù)量、粗細(xì)和長(zhǎng)短與土的裂隙狀況及噴射施工參數(shù)有關(guān)。也就是說(shuō)復(fù)合地基的實(shí)際影響區(qū)域略大于加固區(qū)域，由于斷面2距加固區(qū)較近，受旋噴樁加固影響較大，因此其沉降較小。

糾偏曲線自K2+145起始，在盾構(gòu)糾偏曲線內(nèi)選取具有代表性的4條橫向斷面，并利用Peck方程進(jìn)行擬合，可得如下規(guī)律：

1.隨盾構(gòu)埋深的增加，沉降槽的最大沉降值明顯減小。由圖可得，隧道埋深10.4m時(shí)，其最大沉降值為14.2mm；隧道埋深為11.36m時(shí)，最大沉降值為13.1mm；埋深為14.1m時(shí)，其值為9.5mm；埋深為18.2m時(shí)，其值為3.8mm。沉降槽的最大沉降值與隧道埋深基本呈現(xiàn)良好線性關(guān)系。

2.隨盾構(gòu)埋深的增加，沉降槽影響寬度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。隧道埋深10.4m時(shí)，其左側(cè)橫向影響范圍為15m，右側(cè)為10m；隧道埋深為11.36時(shí)，其左側(cè)橫向影響范圍為-20m；埋深達(dá)到14.1m時(shí)，其左側(cè)影響范圍為30m。沉降槽的影響范圍隨隧道埋深呈現(xiàn)明顯增大趨勢(shì)。

3.整個(gè)個(gè)斷面沉降槽均基本呈偏態(tài)分布，軸線左邊影響范圍大于軸線右側(cè)。由于割線始發(fā)完畢之后，盾構(gòu)即刻進(jìn)入連續(xù)向右糾偏狀態(tài)。由于糾偏勢(shì)必會(huì)造成盾構(gòu)軸曲線外側(cè)超挖，引起超挖側(cè)土體向盾構(gòu)一側(cè)的移動(dòng)和流變，因此沉降槽左側(cè)影響范圍大于右側(cè)。

四、結(jié)語(yǔ)

1.結(jié)合盾構(gòu)施工接收端的設(shè)計(jì)軸線、工程地質(zhì)條件與周邊環(huán)境，制定了一套適合于超大直徑盾構(gòu)在全黏土地層中小曲線半徑始發(fā)的施工方法，采取了如旋噴樁凍結(jié)加固洞口、盾構(gòu)參數(shù)選擇優(yōu)化等措施，保證了盾構(gòu)的順利始發(fā)與掘進(jìn)。

2.將原1500m圓曲線始發(fā)的設(shè)計(jì)線路調(diào)整為“先割線、后糾偏、再匯合”線路。代表性斷面的地表沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)此種線性不僅提高施工安全性，還可有效保證沉降不超過(guò)規(guī)范限制，有效保護(hù)周邊環(huán)境，對(duì)類似工程始發(fā)掘進(jìn)具有一定指導(dǎo)作用。

3.實(shí)測(cè)資料表明，盾構(gòu)施工擾動(dòng)程度隨離盾構(gòu)距離的增加呈衰減趨勢(shì)，且與盾構(gòu)掘進(jìn)的平面曲線線性相關(guān)，曲線施工會(huì)造成沉降槽在盾構(gòu)軸線兩側(cè)的偏態(tài)分布，糾偏曲線外側(cè)沉降值較內(nèi)側(cè)大且影響范圍廣。