高坤，柯宅邦，童智能，谷鈺，王飛，陶俊，陳小川

（1.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院綠色建筑與裝配式建造安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230031；2.安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 2300031；3.江西科技師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

1 引言

盾構(gòu)法隧道是當(dāng)前隧道行業(yè)較為先進的地鐵隧道施工方法，已廣泛應(yīng)用于城市地鐵隧道修建。盡管盾構(gòu)施工對環(huán)境影響較小，但仍不可避免施工過程會擾動鄰近土體，從而影響到鄰近構(gòu)筑物的安全使用。本課題組已提出了一種可以考慮先掘隧道影響的結(jié)構(gòu)性地層后掘進隧道沉降預(yù)測方法。本文基于某城市地鐵工程項目地鐵站區(qū)間的雙線地鐵隧道工況，采用實測與擬合對比分析的方法，驗證了上述預(yù)測方法的可行性，且基本可以反映盾構(gòu)后掘進隧道在結(jié)構(gòu)性地層中的地表沉降規(guī)律，可為城市地鐵隧道工程建設(shè)提供一定的借鑒作用。

2 工程概況

某城市地鐵工程項目地鐵站區(qū)間為雙線地鐵隧道，采用土壓平衡盾構(gòu)法施工，區(qū)間總長約為702.6 m，盾構(gòu)直徑6.34 m，隧道外徑為6.2 m，采用高強度鋼筋混凝土管片錯縫拼裝，管片長度為1.2 m，厚度為0.35 m，管片間采用高強度螺栓連接。隧道軸線埋深為13.13 m～18.4 m，主要穿越②2-2灰色淤泥質(zhì)黏土～③2灰色粉質(zhì)黏土夾粉砂層。兩線隧道軸線間距為12m～13 m。區(qū)間剖面如圖1所示。各層地基土物理力學(xué)參數(shù)見表1。在圖1中，鉆孔揭示，場地范圍內(nèi)分布地基土為強度低、滲透性差、液性指數(shù)大、壓縮性大、孔隙比大、靈敏度較高的濱海沉積軟土，也是沿海城市地區(qū)典型的地層分布。

地基土物理力學(xué)參數(shù)表 表1

圖1 隧道區(qū)間地質(zhì)剖面圖

3 實測結(jié)果分析

為獲得地基土的不排水抗剪強度及靈敏度參數(shù)，在盾構(gòu)施工范圍內(nèi)進行一系列十字板剪切試驗。典型的十字板剪切試驗結(jié)果如圖2所示。在圖2中，C為不排水抗剪強度峰值，C′為殘余強度值，兩者之比定義為靈敏度參數(shù)S。由圖2可見，地基土不排數(shù)抗剪峰值強度C在17 kPa～38 kPa之間，土體強度低，地基土靈敏度參數(shù)S在4.5～6.5范圍內(nèi)，為靈敏性土。場地基本為高靈敏土。在前后盾構(gòu)掘進鄰近土體經(jīng)受雙重擾動施工，土體強度將下降，地表沉降加劇。

圖2 典型地層十字板剪切試驗

梁榮柱等指出在盾構(gòu)通過后7 d可以認為地表不排水沉降與固結(jié)沉降的界限。后掘進隧道通過后7 d地表沉降變形規(guī)律如圖3所示。由圖3可見，后掘進隧道引起的地表位移沉降多為不對稱，存在“兩沉降槽”。這與杭州粉土地層盾構(gòu)隧道、臺北卵石地層隧道、曼谷硬粘土盾構(gòu)隧道、西安黃土地層盾構(gòu)隧道和武漢第三系黏土地層盾構(gòu)隧道地表沉降模式截然不同。這種現(xiàn)象的根本原因為兩隧道中間土體經(jīng)受兩次強烈擾動，結(jié)構(gòu)性軟土地層強度下降，地表位移急劇發(fā)展，導(dǎo)致先掘隧道一側(cè)地表位移發(fā)展大于后掘隧道上沉降量。沉降槽寬度系數(shù)k的取值對地表沉降影響范圍有重要影響。在已經(jīng)擾動的地層中引起的地表沉降槽，其寬度較正常掘進的窄，在本工程中假定后掘進隧道中沉降槽系數(shù) k=0.3，沉降槽寬度 i=k×z。并假定虛擬隧道引起的沉降槽寬度為后掘進的一半，即 k=k/2。

圖3 實測與擬合結(jié)果

4 數(shù)值擬合對比分析

根據(jù)課題組前期推導(dǎo)出的后掘進隧道引起的地表沉降計算公式（1）對五個斷面實測結(jié)果進行擬合。擬合結(jié)果如圖3所示。相關(guān)參數(shù)如表2所示。

擬合結(jié)果 表2

式中：S為地表位移，S原始地層中盾構(gòu)引起的地表位移，S受擾動結(jié)構(gòu)性地層中額外的地表沉降，V與V分別為正常掘進與虛擬隧道掘進引起的土體損失率，i與i分別為正常掘進與虛擬掘進隧道地表沉降槽寬度，B為兩隧道的間距，z為隧道埋深。

由圖3可見，本文提出的考慮先行隧道擾動的地表沉降方法，基本可以反映在結(jié)構(gòu)性地層中后掘進隧道地表“雙沉降槽”沉降特點。實測及擬合結(jié)果顯示，先行隧道施工對后掘進隧道的地表沉降曲線有顯著的影響：

①地表沉降曲線出現(xiàn)兩個沉降槽，且兩峰值點分別位于先后掘進隧道軸線的正上方；

②除了斷面（4）外，其余斷面先行隧道上方的最大沉降值超過后掘進隧道。表2擬合結(jié)果顯示，除了斷面（4）外，正常掘進與虛擬隧道土體損失率基本相等，沉降槽寬度前者為后者的兩倍。

對比擬合結(jié)果與實測值，盡管本文方法得到的計算沉降槽寬度略小于實測值，但是總體上，本文方法基本可以反映盾構(gòu)后掘進隧道在結(jié)構(gòu)性地層中的地表沉降規(guī)律，可為地鐵隧道建設(shè)提供一定的借鑒作用。

5 結(jié)論

本文基于某城市地鐵工程項目地鐵站區(qū)間的雙線地鐵隧道工況，采用實測與擬合對比分析的方法，驗證了課題組提出的考慮先掘進隧道擾動影響的結(jié)構(gòu)性軟土地層中的后掘進隧道地表沉降預(yù)測方法，并且發(fā)現(xiàn)本文方法與實測吻合較好，可以反映了后掘進隧道引起“雙沉降槽”的沉降特點，對類似工程具有一定的借鑒意義。