曾華蔚 （1. 上海地鐵監(jiān)護(hù)管理有限公司， 上海 00070；. 上海巖土與地下空間綜合測(cè)試工程技術(shù)研究中心， 上海00030）

上海的淺層土總體為軟弱土層，存在著大量的飽和高壓縮性軟黏土層、飽和含水含砂土層?；诖讼忍觳涣嫉刭|(zhì)條件，再加上在地鐵運(yùn)營(yíng)期間盾構(gòu)隧道易受運(yùn)營(yíng)環(huán)境和周邊情況等因素的影響[1-3]，盾構(gòu)隧道更易出現(xiàn)整體沉降、不均勻沉降[4]和橫向收斂變形等結(jié)構(gòu)變形[5-6]，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)滲漏水等病害，甚至對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)造成一定威脅。

本文擬結(jié)合實(shí)際工程案例，充分考慮特殊性和復(fù)雜性，詳述大面積堆載影響下的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形及其整治方案。最后以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)整治過程中隧道結(jié)構(gòu)的變化情況和整治效果進(jìn)行研究，并分析微擾動(dòng)注漿技術(shù)的整治機(jī)理，以揭示出盾構(gòu)隧道橫向變形特征和規(guī)律。

1 工程案例

1.1 項(xiàng)目概況

小黃浦河橋位于上海市浦東新區(qū)前灘地區(qū)，平家橋路以西、高青西路兩側(cè)附近，臨近軌道交通 M 號(hào)線，且距離地鐵車站約 700 m，如圖 1 所示。高青西路小黃浦橋引橋南、北兩側(cè)地面標(biāo)高在 4.0～6.0 m，原設(shè)計(jì)標(biāo)高基本在 3.9 m。由于區(qū)間隧道埋深范圍內(nèi)土層地質(zhì)情況及上部堆土過多，導(dǎo)致下臥區(qū)間隧道部分區(qū)域管片收斂變形與設(shè)計(jì)比值較大，并伴隨結(jié)構(gòu)滲漏水等病害。其中，上行線 S 250 環(huán)和 S 255 環(huán)處的隧道收斂變形與設(shè)計(jì)值相比差值更是 ＞ 9 cm。

圖 1 項(xiàng)目平面圖

1.2 整治方案

鑒于隧道結(jié)構(gòu)病害較為嚴(yán)重且相對(duì)集中，易導(dǎo)致突變影響地鐵 M 號(hào)線的正常運(yùn)營(yíng)，因此該區(qū)段急需進(jìn)行綜合治理。根據(jù)注漿等施工因素引起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)外壁的附加荷載 ≤ 20 kPa 的相關(guān)要求，按照“對(duì)癥下藥、綜合治理”的原則，采用“消除病源，治理病癥，恢復(fù)功能”的方式，最終制訂“上部卸載→微擾動(dòng)注漿→EPS換填”三階段整治對(duì)策。同時(shí)，為保證施工的安全性和科學(xué)性，在整治作業(yè)的過程中對(duì)相應(yīng)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)（上行線 S 180 環(huán)～S 320 環(huán)）進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，并確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

（1）第一階段：上部卸荷。針對(duì)高青西路小黃浦河橋引橋南側(cè)綠化前期堆土嚴(yán)重的問題，對(duì)東至地鐵隧道外邊線20.0 m、西至河邊的范圍進(jìn)行上部卸土卸荷，直至場(chǎng)地標(biāo)高為 + 4.0 m。同時(shí)嚴(yán)格控制卸荷過程，減少多次施工擾動(dòng)。

（2）第二階段：微擾動(dòng)注漿。對(duì)堆載嚴(yán)重影響范圍內(nèi)的隧道管片（上行線 S 205 環(huán)～S 265 環(huán)）進(jìn)行微擾動(dòng)注漿，注漿范圍為隧道底標(biāo)高以上 5.2 m，共設(shè)置 4 排注漿孔，即隧道兩側(cè)距離隧道邊線 3.0 m、3.6 m 處各設(shè)置 2 排注漿孔。注漿時(shí)優(yōu)先對(duì)變形量較大的位置進(jìn)行注漿，對(duì)隧道收斂進(jìn)行控制，確保隧道結(jié)構(gòu)安全，其次對(duì)收斂變形較小的區(qū)域進(jìn)行注漿。微擾動(dòng)注漿與地鐵盾構(gòu)隧道相對(duì)位置關(guān)系如圖 2所示。

圖 2 注漿相對(duì)位置關(guān)系

（3）第三階段：EPS換填。針對(duì)小黃浦河橋東側(cè)引橋53.0 m 范圍（位于 M 號(hào)線隧道正上方）內(nèi)，利用 EPS（聚苯乙烯泡沫）進(jìn)行換填，以減少隧道正上方荷載，恢復(fù)引橋作用，確保今后道路在正常運(yùn)營(yíng)過程中，上部覆土和車輛等荷載不至于對(duì)下埋隧道產(chǎn)生過大的影響。其中，EPS 相關(guān)物理參數(shù)如表 1 所示。

表 1 EPS 物理參數(shù)

2 整治過程分析

2.1 第一階段分析

第一階段整治（約 7 d）上行隧道變形累計(jì)曲線如圖 3所示，即上部卸荷之后 M 號(hào)線上行線對(duì)應(yīng)區(qū)間的隧道結(jié)構(gòu)垂直位移累計(jì)變形曲線和收斂累計(jì)變形曲線。

圖 3 卸荷階段上行隧道變形累計(jì)曲線

由圖 3 可知，當(dāng)卸土至場(chǎng)地標(biāo)高為 +4.0 m 時(shí)，由于隧道正上方荷載的減少，隧道結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)出抬升的現(xiàn)象，其中，最大抬升變化量（上行線 S 260 環(huán)處）約 3.58 mm。此外，沉降累計(jì)變形曲線呈中間高、兩頭低的類正態(tài)分布。與此同時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)水平直徑也稍有減小，呈現(xiàn)整體收斂現(xiàn)象，最大收斂變化量（上行線 S 262 環(huán)處）約 6.10 mm。從變形曲線兩端的趨勢(shì)分析，開挖卸荷區(qū)域外的隧道結(jié)構(gòu)并未受到過多擾動(dòng)，從而證明該區(qū)域隧道結(jié)構(gòu)沉降是由上部卸載卸荷所引起。

經(jīng)分析可知，隧道正上方卸載使地層應(yīng)力得到釋放，從而使得一定范圍內(nèi)場(chǎng)地地層發(fā)生回彈，而地層的回彈對(duì)下部既有隧道產(chǎn)生上浮的作用，使其產(chǎn)生豎向的抬升變形以及橫向的收斂變形。這也證明，隧道上部荷載的超限是造成隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降和收斂的重要因素。此外，由數(shù)據(jù)可知，沉降與收斂變化最大處比較接近，說明兩者在一定程度上存在相互耦合影響。

2.2 第二階段分析

第二階段整治即微擾動(dòng)注漿階段。M 號(hào)線上行線對(duì)應(yīng)區(qū)間的隧道結(jié)構(gòu)變化情況如圖 4 所示。

圖 4 注漿階段上行隧道變形累計(jì)曲線

由圖 4 可知，在該階段治理病癥的過程中，注漿范圍內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)呈明顯上抬，最大抬升變化量（上行線 S 255 環(huán)處）達(dá) 18.26 mm，沉降累計(jì)變形曲線形似駝峰狀，即在 S 240 環(huán)處出現(xiàn)一個(gè)沉降變形“小漏斗”。這是由于在微擾動(dòng)注漿過程中，注漿管打設(shè)深度的偏差—注漿管只打至隧道腰部位置處，使得漿液未能注到隧道底標(biāo)高，抬升作用相對(duì)較小。隧道結(jié)構(gòu)收斂變化量普遍超過 30.00 mm，水平直徑也明顯減小。不僅如此，隨著漿液的不斷注入，盾構(gòu)隧道周邊土體的密實(shí)度和彈性模量等物理性能不斷增大，隧道兩側(cè)約束也增加，即隧道側(cè)向抗力急劇增加，可改善隧道的“橢圓度”，隧道橫向收斂變形得到有效控制。

為確保微擾動(dòng)注漿整治效果保持良好，在注漿結(jié)束之后的一段時(shí)間內(nèi)，不宜立即進(jìn)行 EPS 換填施工，需要對(duì)盾構(gòu)隧道進(jìn)行持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)和觀測(cè)，待穩(wěn)定后方可進(jìn)行換填。注漿后盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形如圖 5 所示。

圖 5 觀測(cè)期上行隧道變形累計(jì)曲線

由圖 5 可知，在微擾動(dòng)注漿區(qū)域內(nèi)仍存在一定抬升量。隧道收斂變形的增加亦使得盾構(gòu)隧道附近的孔隙水壓力增加，在停止注漿后，一部分超孔隙水壓力會(huì)逐漸消散，進(jìn)一步使隧道橫向收斂變形又有所增加，出現(xiàn)變形“回彈”現(xiàn)象。

2.3 第三階段分析

第三階段整治即 EPS 換填階段。M 號(hào)線上行線對(duì)應(yīng)區(qū)間的隧道結(jié)構(gòu)變化情況如圖 6 所示。

由圖 6 可知，在此階段中，盾構(gòu)隧道收斂變形量并不大，整體較為穩(wěn)定。只有局部區(qū)段出現(xiàn)上抬，而此處剛好位于引橋處，即 EPS 換填區(qū)域。在換填施工時(shí)，需要將原有一定厚度覆土換為輕質(zhì)材料 EPS（本工程中所用 EPS 密度為 36.7 kg/m3，僅為普通土的 1/40），使得隧道上覆荷載又減少較多，地層應(yīng)力狀態(tài)也相應(yīng)發(fā)生變化。

圖 6 EPS 換填階段上行隧道變形累計(jì)曲線

3 結(jié) 語

結(jié)合該實(shí)際工程案例，針對(duì)軟土地區(qū)堆載引起的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形做出整治方案，分析研究了微擾動(dòng)注漿技術(shù)和隧道整治效果，最終得到以下結(jié)論。

（1）大面積堆載容易對(duì)下臥盾構(gòu)隧道產(chǎn)生較大橫向收斂變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲漏水等病害，因此在對(duì)于綠化、道路等工程需特別注意場(chǎng)地標(biāo)高。

（2）在整治由堆載引起的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形時(shí)，首先需及時(shí)對(duì)超載覆土進(jìn)行卸載，從根源上解決問題。

（3）微擾動(dòng)注漿可以有效整治軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道的橫向收斂變形，且整治效果顯著。

（4）通過 EPS 換填有效減小了盾構(gòu)隧道上部荷載，且綜合整治后期隧道變形趨勢(shì)穩(wěn)定，又保留了引橋道路的運(yùn)輸功能。

經(jīng)過卸載、注漿整治、換填最終使得該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)區(qū)段的隧道結(jié)構(gòu)變形安全可控。該案例的成功整治可為今后類似情況和整治對(duì)策研究提供重要的參考。