劉穎彬，廖少明，*，陳立生，柳毅強(qiáng)，顧穎成

(1.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海 200092；2.上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司，上海 200065)

0 引言

盾構(gòu)下穿既有建(構(gòu))筑物是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中常見(jiàn)的工程問(wèn)題。隨著相關(guān)施工技術(shù)、理論研究的不斷進(jìn)步以及施工經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，盾構(gòu)下穿常規(guī)既有建(構(gòu))筑物的技術(shù)體系已經(jīng)相對(duì)成熟和完善，穿越效果也越來(lái)越接近于"零沉降"。但是，對(duì)于盾構(gòu)穿越雙圓隧道等異形結(jié)構(gòu)形式或特殊功能的建(構(gòu))筑物，仍存在諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)。

目前，眾多學(xué)者針對(duì)盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)地鐵單圓隧道開(kāi)展了一系列研究，其中包括盾構(gòu)上穿運(yùn)營(yíng)隧道[1]、下穿運(yùn)營(yíng)隧道[2]、上下夾穿運(yùn)營(yíng)隧道[3]以及盾構(gòu)隧道群下穿運(yùn)營(yíng)隧道[4]等工程的實(shí)測(cè)分析以及不同工程的相應(yīng)施工控制措施[3-7]等。在雙圓隧道方面，周文波等[8]對(duì)雙圓盾構(gòu)施工主要技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了剖析，初步摸索出一整套適用于雙圓盾構(gòu)的施工工藝；袁金榮等[9]總結(jié)出幾種計(jì)算模型對(duì)雙圓盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的適應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)雙圓隧道結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算參數(shù)具有顯著的敏感性；周文波等[10]通過(guò)原位測(cè)試方法對(duì)盾構(gòu)隧道管片在不同施工階段的受力進(jìn)行分析，指出管片在不同施工階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化特點(diǎn)；翁承顯等[11]根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析總結(jié)出雙圓隧道引起地表沉降槽的形態(tài)特征，并提出了沉降槽寬度范圍的估算公式；張兆逵等[12]結(jié)合具體工程闡述了雙圓盾構(gòu)施工引起的地面沉降與各項(xiàng)影響因素的關(guān)系；魏綱等[13]采用三維MIDAS/GTS軟件，考慮到建筑物-土體-隧道共同作用，對(duì)雙圓盾構(gòu)隧道施工引起的建筑物附加沉降及荷載進(jìn)行了研究；魏綱等[14]采用橢圓形非等量徑向位移模式的土體變形方法，推導(dǎo)出雙圓盾構(gòu)隧道施工對(duì)平行既有隧道的附加荷載影響與2條隧道相對(duì)位置密切相關(guān)；曾彬等[15]通過(guò)實(shí)例計(jì)算得出了雙圓盾構(gòu)隧道施工偏轉(zhuǎn)角將導(dǎo)致地表附加變形的結(jié)論；郭璇等[16]通過(guò)系列正交試驗(yàn)考察軟土層與雙圓盾構(gòu)襯砌相互作用的參數(shù)效應(yīng)，得到軟土層作用下雙圓盾構(gòu)襯砌的結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)和各地層沉降曲線(xiàn)的影響規(guī)律；李筱旻[17]通過(guò)實(shí)測(cè)和數(shù)值分析的方法得到，在道路施工中，采用EPS換填技術(shù)可以減小道路填方施工對(duì)下臥雙圓隧道的不利影響；陳小亮等[18]構(gòu)建三維彈塑性有限差分模型，計(jì)算分析雙圓盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表位移場(chǎng)以及土體應(yīng)力場(chǎng)分布，并將數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證；丁智等[19]基于2.5維有限元法首次建立雙圓地鐵列車(chē)-軌道-地基土分析模型，分析雙圓地鐵運(yùn)行荷載下隧道埋設(shè)深度、列車(chē)行車(chē)速度等重要因素對(duì)地基及軌道振動(dòng)的影響。綜上可知，雙圓隧道現(xiàn)有研究成果多集中于雙圓盾構(gòu)隧道本體結(jié)構(gòu)、雙圓盾構(gòu)施工控制和環(huán)境影響方面，在盾構(gòu)下穿雙圓隧道方面研究較少。雙圓隧道的異形斷面使得其縱橫向不均勻變形變得極為敏感，本文以上海地鐵14號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)下穿地鐵6號(hào)線(xiàn)雙圓隧道工程為背景，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析盾構(gòu)下穿雙圓隧道過(guò)程中隧道的變形特征與變化規(guī)律，以期探明盾構(gòu)穿越過(guò)程中雙圓隧道結(jié)構(gòu)的縱橫向受力變形的特點(diǎn)。

1 工程概況

上海地鐵14號(hào)線(xiàn)云山路站-藍(lán)天路站區(qū)間為盾構(gòu)法圓形隧道區(qū)間，區(qū)間覆土厚度為9.6～17.2 m，2條線(xiàn)最小線(xiàn)間距為16.14 m，線(xiàn)路長(zhǎng)度約為1 067.08 m，采用直徑為6 760 mm土壓平衡盾構(gòu)施工，盾構(gòu)長(zhǎng)度為9.55 m，隧道內(nèi)徑為5.9 m，外徑為6.6 m，環(huán)寬為1.2 m，環(huán)厚為0.35 m。盾構(gòu)在云山路與張楊交叉口下穿運(yùn)營(yíng)地鐵6號(hào)線(xiàn)雙圓隧道區(qū)間，6號(hào)線(xiàn)隧道外徑為6.3 m，寬度為10.3 m，環(huán)度為1.2 m，環(huán)厚為0.3 m。2條相交隧道角度接近90°，2條隧道交叉區(qū)域?qū)挾燃s10 m。地鐵6號(hào)線(xiàn)雙圓隧道與本工程上行線(xiàn)交叉環(huán)號(hào)為849-859，與下行線(xiàn)交叉環(huán)號(hào)為850-860。雙圓隧道底部與盾構(gòu)隧道最小豎向距離為5.05 m。14號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)主要穿越上海典型高靈敏度飽和軟黏土地層，即④層灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1灰色黏土層以及第⑤1-2層灰色粉質(zhì)黏土層。地層主要力學(xué)參數(shù)如表1所示。盾構(gòu)穿越雙圓隧道平面如圖1所示。盾構(gòu)穿越雙圓隧道剖面如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)穿越雙圓隧道剖面圖(單位：m)Fig.2 Profile of shield crossing DOT tunnel (unit:m)

表1 地層主要力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical parameters of soils

穿越區(qū)域劃分為3個(gè)區(qū)域，如圖1和表2所示。

圖1 盾構(gòu)穿越雙圓隧道平面圖Fig.1 Plane of shield crossing DOT tunnel

表2 穿越區(qū)域劃分Table 2 Partition of undercrossing area

為了減少2次穿越之間的相互影響，2次穿越在時(shí)間上設(shè)置了間隔。14號(hào)線(xiàn)下行線(xiàn)盾構(gòu)于2019年9月17日推進(jìn)至839環(huán)，進(jìn)入穿越前影響區(qū)域，9月21日盾尾離開(kāi)859環(huán)，第1次穿越結(jié)束；2019年10月9日14號(hào)線(xiàn)上行線(xiàn)盾構(gòu)推進(jìn)至840環(huán)，盾構(gòu)切口進(jìn)入穿越前影響區(qū)域，10月12日盾尾離開(kāi)860環(huán)，穿越施工結(jié)束。

2 監(jiān)測(cè)方案

在盾構(gòu)穿越前，沿著雙圓隧道上、下行線(xiàn)軸線(xiàn)分別布置了電子水平尺測(cè)點(diǎn)，共布置98個(gè)測(cè)點(diǎn)(6號(hào)線(xiàn)上行線(xiàn)SU08-SU56，6號(hào)線(xiàn)下行線(xiàn)XU08-XU56)，對(duì)雙圓隧道豎向位移進(jìn)行測(cè)量。其中測(cè)點(diǎn)28是雙圓隧道與盾構(gòu)下行線(xiàn)掘進(jìn)軸線(xiàn)的交叉點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)36是雙圓隧道與盾構(gòu)上行線(xiàn)的掘進(jìn)軸線(xiàn)交叉點(diǎn)，上、下行線(xiàn)測(cè)點(diǎn)之間的距離為4.6 m，軸線(xiàn)上各測(cè)點(diǎn)的間距是2 m。測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。本文選取盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中關(guān)鍵施工參數(shù)的每環(huán)平均值作為依據(jù)，分析各階段施工參數(shù)對(duì)隧道變形的影響。

圖3 地鐵雙圓隧道測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.3 Layout of field measurement for DOT metro tunnel

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

在盾構(gòu)下穿過(guò)程中，隨著切口位置的變化，雙圓隧道上、下行線(xiàn)所受的擾動(dòng)呈現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)且不斷變化的特性，導(dǎo)致上、下行線(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的變形及空間位置分布具有明顯差異性。

地鐵雙圓隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)上、下行線(xiàn)之間的差異沉降Δ引起的雙圓隧道橫斷面扭轉(zhuǎn)角

α=arcsin (Δ/S)。

(1)

式中：S為雙圓隧道圓心距；Δ=Δ1-Δ2，Δ1為地鐵雙圓隧道下行線(xiàn)豎向變形，Δ2為地鐵雙圓隧道上行線(xiàn)豎向變形。

由于扭轉(zhuǎn)角α沿著雙圓隧道縱向存在差異，將引起隧道縱向相對(duì)扭轉(zhuǎn)

θ=Δα/l=(α1-α2)/l。

(2)

式中：α1、α2是隧道任意2個(gè)橫斷面的扭轉(zhuǎn)角；l是這2個(gè)橫斷面沿隧道縱向的距離。

雙圓隧道縱橫向變形如圖4所示。

(a) 橫斷面扭轉(zhuǎn)變形圖

3.1 雙圓隧道縱向隆沉位移變化規(guī)律分析

3.1.1 雙圓隧道縱向隆沉分析

本文選取盾構(gòu)不同切口位置時(shí)雙圓隧道的縱向變形分布曲線(xiàn)的數(shù)據(jù)，分析盾構(gòu)2次穿越時(shí)雙圓隧道豎向位移變化規(guī)律(見(jiàn)圖5-8)。

圖5 第1次穿越時(shí)雙圓隧道(下行線(xiàn))縱向隆沉分布曲線(xiàn)Fig.5 Longitudinal settlement distribution curves of DOT tunnel (downline) during first undercrossing

圖6 第1次穿越時(shí)雙圓隧道(上行線(xiàn))縱向隆沉分布曲線(xiàn) Fig.6 Longitudinal settlement distribution curves of DOT tunnel (upline) during first undercrossing

圖7 第2次穿越時(shí)雙圓隧道(下行線(xiàn))縱向隆沉分布曲線(xiàn)Fig.7 Longitudinal settlement distribution curves of DOT tunnel (downline) during second undercrossing

圖8 第2次穿越時(shí)雙圓隧道(上行線(xiàn))縱向隆沉分布曲線(xiàn)Fig.8 Longitudinal settlement distribution curves of DOT tunnel (upline) during second undercrossing

3.1.1.1 雙圓隧道縱向隆沉變化曲線(xiàn)分析

由圖5-8可知：1)2次穿越過(guò)程中雙圓隧道豎向位移主要以隆起為主，第1次穿越隆起覆蓋范圍約4D(D為盾構(gòu)直徑)，第2次穿越隆起范圍有所增大，可達(dá)約6D，2次穿越后在交叉點(diǎn)附近局部都呈現(xiàn)"駝峰狀"分布，覆蓋范圍約2D；2)第1次穿越，隆起變形主要發(fā)生在盾構(gòu)切口到達(dá)地鐵雙圓隧道邊緣至盾尾離開(kāi)雙圓隧道1D范圍內(nèi)，最大隆起位置發(fā)生在雙圓隧道地鐵線(xiàn)與盾構(gòu)掘進(jìn)軸線(xiàn)交叉處；3)在第2次穿越中，隆起量主要發(fā)生在盾構(gòu)切口進(jìn)入雙圓隧道前約0.5D的距離至盾尾推出雙圓隧道1D的范圍，比第1次穿越變形時(shí)間延長(zhǎng)，最大隆起位置出現(xiàn)在沿雙圓隧道縱向與盾構(gòu)軸線(xiàn)兩交叉點(diǎn)的中間位置，表明2次穿越疊加效應(yīng)明顯。

3.1.1.2 雙圓隧道縱向隆沉變化分析

對(duì)比前后2次穿越的隧道豎向位移發(fā)現(xiàn)：1)雙圓隧道上(下)行線(xiàn)最大隆起出現(xiàn)的時(shí)間均在盾構(gòu)切口離開(kāi)上(下)行線(xiàn)1D，盾尾到達(dá)上(下)行線(xiàn)前約0.5D時(shí)。2)在盾構(gòu)切口離開(kāi)上(下)行線(xiàn)1D后到盾尾到達(dá)上(下)行線(xiàn)前的掘進(jìn)過(guò)程中，隧道隆起變形表現(xiàn)出回落，該階段隧道下方開(kāi)始管片拼裝，表明管片拼裝階段形成正地層損失，引起雙圓隧道沉降。3)盾尾到達(dá)上(下)行線(xiàn)時(shí)，由于受到盾尾注漿的影響，雙圓隧道上(下)行線(xiàn)變形開(kāi)始出現(xiàn)2次上抬，至盾尾離開(kāi)雙圓隧道上(下)行線(xiàn)約1D的距離時(shí)，上(下)行線(xiàn)變形才再次回落，表明穿越施工對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)造成的隆起存在滯后性。4)由于第1次穿越后隧道隆起未恢復(fù)，同時(shí)疊合第2次穿越的影響，第2次穿越時(shí)雙圓隧道隆起量明顯大于第1次穿越。對(duì)比2次穿越隧道變形的最大凈隆起值，第1次穿越最大凈隆起值約2.7 mm，第2次穿越最大凈隆起值約2.1 mm，較第1次穿越減小22.2%。5)第1次盾構(gòu)穿越中，變形曲線(xiàn)基本呈正態(tài)分布，盾構(gòu)穿越后，交叉點(diǎn)附近變形曲線(xiàn)呈現(xiàn)"駝峰狀"分布；第2次盾構(gòu)穿越中，第1次交叉點(diǎn)附近變形曲線(xiàn)始終呈現(xiàn)"駝峰狀"分布，使得變形曲線(xiàn)呈現(xiàn)雙"駝峰"分布，穿越后，第2次交叉點(diǎn)附近同樣呈現(xiàn)"駝峰狀"分布，曲線(xiàn)呈現(xiàn)三"駝峰"分布。

3.1.2 雙圓隧道縱向隆沉變化曲線(xiàn)特征指標(biāo)

2次盾構(gòu)下穿過(guò)程中，地鐵雙圓隧道均出現(xiàn)明顯的縱向不均勻沉降。在穿越的整個(gè)過(guò)程中，地鐵雙圓隧道縱向不均勻變形≤5 mm，隧道縱向曲率半徑≥15 000 m，相對(duì)變曲≤1/2 500。由于2次擾動(dòng)影響，在第2次穿越過(guò)程中，隧道最大沉降明顯增大，最小曲率半徑減小，相對(duì)變曲增大。在盾構(gòu)穿越各階段中，隧道最大不均勻變形、最小曲率半徑和相對(duì)變曲等如表3所示。

2次盾構(gòu)穿越施工過(guò)程中，橫斷面(沿運(yùn)營(yíng)地鐵雙圓隧道縱向)沉降槽均體現(xiàn)為全部隆起，由盾構(gòu)盾尾注漿擠壓及正面擠壓等引起的負(fù)地層損失所主導(dǎo)，第1次穿越隆起沿縱向分布基本服從正態(tài)分布。各階段曲線(xiàn)的特征值和正態(tài)擬合結(jié)果如表3所示。

表3 雙圓隧道地鐵線(xiàn)縱向變形特征值和變形曲線(xiàn)正態(tài)擬合結(jié)果Table 3 Characteristic values of longitudinal deformation of DOT tunnel and normal fitting results of deformation curves

地鐵雙圓隧道縱向變形分布曲線(xiàn)和正態(tài)分布擬合曲線(xiàn)的對(duì)比結(jié)果如圖9所示。

圖9中正態(tài)分布擬合曲線(xiàn)公式為

(3)

式中：Smax為隧道最大隆起變形;x為沿隧道縱向任一點(diǎn)到最大隆起點(diǎn)的距離;i1為正態(tài)分布函數(shù)反彎點(diǎn)至最大隆起點(diǎn)的距離。

由表3和圖9可以看出：1)在盾構(gòu)穿越各階段中，地層損失均為負(fù)地層損失，且地層損失率控制為 -0.18%～-0.62%，隧道絕對(duì)隆起量≤5 mm，第2次穿越影響區(qū)域大于第1次穿越影響區(qū)域，影響范圍超過(guò)4D，可達(dá)約6D；2)第1 次穿越時(shí)隧道變形曲線(xiàn)和正態(tài)公式曲線(xiàn)擬合較好，兩者擬合優(yōu)度可達(dá)0.98，在首次穿越過(guò)程中可用正態(tài)分布公式預(yù)測(cè)隧道縱向變形規(guī)律；3)第2次穿越時(shí)，雙圓隧道最大隆起點(diǎn)發(fā)生在兩交叉點(diǎn)中間位置，變形曲線(xiàn)在第1次交叉點(diǎn)附近測(cè)點(diǎn)始終呈現(xiàn)"駝峰狀"分布，該變形主要原因是地層損失的正地層損失率與盾尾注漿等引起的負(fù)地層損失率的疊加，雖然在盾尾注漿擠壓及正面擠壓等因素引起的負(fù)地層損失的作用下，隧道變形呈現(xiàn)整體隆起的狀態(tài)，但是在盾構(gòu)隧道中心附近地層損失導(dǎo)致的沉降變化更為劇烈，因此變形曲線(xiàn)呈現(xiàn)特殊的"駝峰狀"分布。

(a) 第1次穿越

3.2 雙圓隧道扭轉(zhuǎn)變形規(guī)律分析

3.2.1 雙圓隧道斷面扭轉(zhuǎn)變化分析

選取穿越交叉點(diǎn)位置的橫斷面分析雙圓隧道扭轉(zhuǎn)隨盾構(gòu)穿越工況的變形規(guī)律，其中扭轉(zhuǎn)角變化曲線(xiàn)及各階段雙圓隧道扭轉(zhuǎn)變形狀態(tài)如圖10和表4所示。

3.2.1.1 雙圓隧道斷面扭轉(zhuǎn)變化曲線(xiàn)分析

由圖10和表4可以得出如下結(jié)論：

表4 雙圓隧道各階段斷面扭轉(zhuǎn)變形狀態(tài)Table 4 Displacement of DOT tunnel in each stage

圖10 雙圓隧道扭轉(zhuǎn)變形隨切口位置變化曲線(xiàn)Fig.10 Torsional deformation of DOT tunnel varies with location of incision

1)第1次穿越時(shí)，當(dāng)盾構(gòu)切口到達(dá)隧道邊緣時(shí)，雙圓隧道上、下行線(xiàn)差異變形開(kāi)始出現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)角出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，表明靠近切口的下行線(xiàn)變形大于遠(yuǎn)端的上行線(xiàn)變形，當(dāng)切口到達(dá)隧道中心時(shí)，扭轉(zhuǎn)角達(dá)到峰值約0.024°；隨后扭轉(zhuǎn)角開(kāi)始減小，當(dāng)盾構(gòu)盾尾到達(dá)雙圓隧道下行線(xiàn)時(shí)，由于受到盾尾注漿的影響，隧道扭轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)出現(xiàn)拐彎點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)角達(dá)到谷值約-0.008°。盾尾離開(kāi)下行線(xiàn)下方后，開(kāi)始向0°值波動(dòng)。之后由于盾尾到達(dá)上行線(xiàn)，同樣由于受到盾尾注漿的影響，隧道扭轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)再次出現(xiàn)拐彎點(diǎn)，而后隧道扭轉(zhuǎn)角再次向0°值靠近。

2)第2次穿越時(shí)，雙圓隧道扭轉(zhuǎn)角在盾構(gòu)切口從隧道邊緣到隧道中心的范圍內(nèi)逐漸增大，并在切口到達(dá)隧道中心時(shí)達(dá)到最大值約0.007°。隨著盾構(gòu)盾尾靠近雙圓隧道下行線(xiàn)，扭轉(zhuǎn)角開(kāi)始減小，并在盾構(gòu)盾尾到達(dá)下行線(xiàn)時(shí)，達(dá)到最小值約-0.018°。而后，扭轉(zhuǎn)角向0°值附近波動(dòng)，期間由于受盾尾到達(dá)上行線(xiàn)同步注漿的影響，曲線(xiàn)再次出現(xiàn)拐彎點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)角呈波動(dòng)變化。

3.2.1.2 雙圓隧道斷面扭轉(zhuǎn)變形狀態(tài)分析

在2次穿越過(guò)程中，隧道扭轉(zhuǎn)角控制為-0.02°～0.03°，第2次穿越扭轉(zhuǎn)角小于第1次穿越扭轉(zhuǎn)角，變形雖小，但軌道橫向傾斜(對(duì)應(yīng)雙圓隧道扭轉(zhuǎn))最大將近1/1 900，超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)(1/2 500)，軌道橫向傾斜難以達(dá)到控制要求。對(duì)比3.1章節(jié)中最大隆起時(shí)切口到達(dá)位置，扭轉(zhuǎn)最不利出現(xiàn)時(shí)刻不同于雙圓隧道最大變形出現(xiàn)時(shí)刻。雙圓隧道扭轉(zhuǎn)變形隨切口位置呈波浪形動(dòng)態(tài)變化，在穿越中出現(xiàn)2個(gè)最值：在盾構(gòu)切口到達(dá)隧道中心時(shí)達(dá)到最大值，在盾構(gòu)盾尾到達(dá)隧道下行線(xiàn)時(shí)出現(xiàn)最小值。這表明雙圓隧道扭轉(zhuǎn)變形與盾構(gòu)切口和盾尾位置關(guān)系密切，盾尾注漿對(duì)雙圓隧道扭轉(zhuǎn)影響顯著，將導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)變形發(fā)生變化。

3.2.2 雙圓隧道扭轉(zhuǎn)縱向分布分析

盾構(gòu)2次穿越地鐵雙圓隧道扭轉(zhuǎn)縱向分布曲線(xiàn)如圖11和圖12所示。

圖11 第1次穿越地鐵雙圓隧道扭轉(zhuǎn)縱向分布Fig.11 Longitudinal torsional deformation of DOT metro tunnel during first undercrossing

圖12 第2次穿越地鐵雙圓隧道扭轉(zhuǎn)縱向分布Fig.12 Longitudinal torsional deformation of DOT metro tunnel during second undercrossing

由圖11和圖12可以看出：1)第1次穿越時(shí)，最大扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)在地鐵雙圓隧道與盾構(gòu)軸線(xiàn)交叉處；第2次穿越時(shí)出現(xiàn)在第2次交叉點(diǎn)位置附近，對(duì)比3.1章節(jié)中最大隆起位置，扭轉(zhuǎn)最不利位置與最大隆沉位置發(fā)生了錯(cuò)位；扭轉(zhuǎn)分布曲線(xiàn)均呈現(xiàn)中間大、兩邊小的分布，主要影響范圍超過(guò)4D。2)2次盾構(gòu)下穿過(guò)程中，雙圓隧道均出現(xiàn)明顯的縱向不均勻扭轉(zhuǎn)。第1次穿越過(guò)程中，縱向不均勻扭轉(zhuǎn)最大可達(dá)0.031°，相對(duì)扭轉(zhuǎn)最大可達(dá)0.002 4°/m；第2次穿越過(guò)程中，縱向不均勻扭轉(zhuǎn)最大可達(dá)0.025°，相對(duì)扭轉(zhuǎn)最大可達(dá)0.001 9°/m。第2次穿越后的最大不均勻扭轉(zhuǎn)及縱向相對(duì)扭轉(zhuǎn)較第1次穿越分別減小19.4%和20.8%。

3.3 盾構(gòu)穿越施工參數(shù)及工況的影響

3.3.1 盾構(gòu)穿越施工參數(shù)分析

在盾構(gòu)穿越期間，應(yīng)盡可能減少盾構(gòu)對(duì)地鐵雙圓隧道的擾動(dòng)，選取合適的盾構(gòu)施工參數(shù)，使盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)地鐵雙圓隧道的影響控制在最小范圍內(nèi)。施工參數(shù)主要為土艙壓力、推力、轉(zhuǎn)矩、注漿壓力等。施工參數(shù)隨切口位置變化如圖13所示?？梢钥闯觯?)在第1次穿越過(guò)程中，土艙壓力控制為0.12～0.15 MPa，注漿壓力為0.25～0.35 MPa，刀盤(pán)轉(zhuǎn)矩控制為1 600～1 700 kN·m，推力為950～1 050 kN，推進(jìn)速度為15～25 mm/min；2)第2次穿越時(shí)，盾構(gòu)參數(shù)均有所提高，導(dǎo)致第2次穿越過(guò)程中隧道隆起累計(jì)變形增大，變形時(shí)間延長(zhǎng)。

3.3.2 盾構(gòu)穿越工況分析

穿越交叉點(diǎn)豎向位移隨盾構(gòu)切口位置變化曲線(xiàn)如圖14所示?？梢钥闯觯?)2次穿越中，雙圓隧道上(下)行線(xiàn)豎向位移均在盾構(gòu)切口到達(dá)隧道邊緣至離開(kāi)上(下)行線(xiàn)1D的范圍內(nèi)迅速增加，該階段上抬量占最大隆起量的90%以上，上抬速率約為0.32 mm/環(huán)；2)當(dāng)盾構(gòu)切口脫離隧道上(下)行線(xiàn)后，因受到盾尾注漿的影響，上(下)行線(xiàn)豎向位移出現(xiàn)2次上抬，注漿后的隧道隆起累計(jì)量可達(dá)到最大隆起量的70%以上；3)對(duì)比切口到達(dá)和盾尾注漿這2個(gè)階段的累計(jì)隆起量，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的比例為XU28∶SU28∶XU36∶SU36=1.35∶1.21∶1.22∶0.97；4)第2次穿越時(shí)，由于注漿壓力的增大，出現(xiàn)盾尾注漿后隆起累計(jì)量大于切口到達(dá)時(shí)隆起量，表明盾尾注漿后導(dǎo)致的隧道累計(jì)變形可能會(huì)大于切口到達(dá)的變形，施工過(guò)程中應(yīng)保證適當(dāng)?shù)淖{；5)當(dāng)盾構(gòu)離開(kāi)隧道約1D距離時(shí)，測(cè)點(diǎn)普遍出現(xiàn)下沉，沉降速率約為0.1 mm/環(huán)。

圖14 穿越交叉點(diǎn)豎向位移隨盾構(gòu)切口位置變化曲線(xiàn)Fig.14 Vertical displacement of feature points varies with location of shield incision

4 結(jié)論與建議

1)盾構(gòu)下穿雙圓隧道引起的豎向變形主要為隆起變形，主要發(fā)生在盾構(gòu)切口到達(dá)雙圓隧道邊緣至盾尾離開(kāi)隧道1D的穿越時(shí)段。第2次穿越累計(jì)變形明顯大于第1次穿越累計(jì)變形，且變形時(shí)間更長(zhǎng)。

(a) 土艙壓力變化

2)2次穿越引起的最大變形位置有所不同，第1次穿越在雙圓隧道地鐵線(xiàn)與盾構(gòu)掘進(jìn)軸線(xiàn)交叉處，隆起范圍約為4D，第2次穿越在沿雙圓隧道縱向兩交叉點(diǎn)中間位置，隆起范圍約為6D；穿越后，交叉點(diǎn)附近變形呈現(xiàn)"駝峰狀"分布，對(duì)稱(chēng)中心位于2條隧道交叉處，影響范圍約為2D。這種"駝峰狀"隆起分布曲線(xiàn)是近年來(lái)軟土地層中盾構(gòu)下穿運(yùn)營(yíng)隧道中特有的現(xiàn)象，值得關(guān)注和研究。

3)雙圓隧道扭轉(zhuǎn)變形隨切口位置呈波浪形動(dòng)態(tài)變化，主要影響范圍超過(guò)4D，對(duì)隧道環(huán)縫受力與變形十分不利，扭轉(zhuǎn)變形引起的軌道變形也難于控制，因此在盾構(gòu)穿越雙圓隧道期間，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注扭轉(zhuǎn)變形的情況。雙圓隧道斷面最不利扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)時(shí)刻不同于隧道最大變形出現(xiàn)時(shí)刻，且扭轉(zhuǎn)最不利位置與最大隆沉發(fā)生位置產(chǎn)生了錯(cuò)位。曲線(xiàn)拐彎點(diǎn)出現(xiàn)與切口位置、盾尾注漿位置密切相關(guān)，第2次穿越的隧道縱向最大不均勻扭轉(zhuǎn)變形及縱向相對(duì)扭轉(zhuǎn)較第1次穿越時(shí)分別減小19.4%和20.8%。

4)盾尾注漿對(duì)控制隧道豎向位移效果明顯，但注漿后的隧道變形累計(jì)隆起量可能大于切口到達(dá)的隆起量，這將加劇雙圓隧道的不均勻變形和扭轉(zhuǎn)。建議采用適當(dāng)注漿的方法，以避免出現(xiàn)過(guò)量注漿導(dǎo)致隧道隆起過(guò)大的情況。

盾構(gòu)近距離施工對(duì)已運(yùn)營(yíng)雙圓隧道的影響顯著?？紤]到雙圓隧道變形與盾構(gòu)切口和盾尾注漿位置密切相關(guān)，為保證運(yùn)營(yíng)隧道的安全，在穿越施工過(guò)程中應(yīng)采取信息化檢測(cè)、嚴(yán)格控制注漿等有效措施以保證工程順利進(jìn)行。本文通過(guò)實(shí)例分析，對(duì)雙圓隧道穿越過(guò)程中的變形特征與變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，這對(duì)類(lèi)似穿越工程以及雙圓隧道結(jié)構(gòu)的保護(hù)具有一定的借鑒意義。