莊國清

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣州 510000）

1 引言

城市化的推進(jìn)，城市人口的激增，使得城市的發(fā)展也在逐漸向外擴(kuò)展，交通擁堵問題成為城市發(fā)展中最為嚴(yán)峻的問題之一。而城市地鐵是緩解城市地上交通的最佳選擇，它不僅能夠有效地利用地下空間，而且擁有比普通交通更高的效率，使用電力也更加環(huán)保[1]。由于盾構(gòu)法機(jī)械化程度高、開挖速率快以及對土體擾動性較小，使其在地鐵的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了能夠?qū)Φ叵驴臻g進(jìn)行合理的利用，地鐵往往會設(shè)計為往返線，在施工的過程中修建2 條獨(dú)立的隧道。在地鐵建設(shè)方面，許多的項目需要解決2 條甚至多條隧道平行或者疊交施工所產(chǎn)生的全新問題[2]。同時，由于在現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備、組織管理方法以及施工水平等方面,存在差異，使得盾構(gòu)機(jī)在開挖過程中不可避免地會對周圍的土體產(chǎn)生或多或少的擾動，打破原有的土層平衡。因此，對盾構(gòu)施工中鄰近隧道的影響展開研究具有重要的意義。

2 盾構(gòu)隧道施工對周邊結(jié)構(gòu)的影響

地鐵隧道的開挖勢必會對地表產(chǎn)生或多或少的影響，在城市郊區(qū)等空曠區(qū)域的地表沉降還未能引起人們的重視。在城市之中修建地鐵，一方面會受到地表密集建筑物的影響，另一方面，地鐵的線路也往往不只是一條，還會與其他的地鐵存在交叉，尤其是對于隧道并行的情況，新建隧道的施工會對既有隧道產(chǎn)生一定的影響[3]。

2.1 盾構(gòu)施工引起的地表與地層變化

盾構(gòu)機(jī)在施工的過程中會使地層中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)發(fā)生變化，這種變化會引起地表與地層的變形以及位移，而這種變形和位移會對周圍既有管線造成破壞，土體發(fā)生變化的主要原因是土體中的剪應(yīng)力發(fā)生了變化。盾構(gòu)施工大致可以分為盾構(gòu)前期、盾構(gòu)通過、盾構(gòu)脫離以及盾構(gòu)結(jié)束4 個階段，地層中每個點的位移變化量均是這4 個階段的位移之和。盾構(gòu)通過時發(fā)生的地表變化主要指的是，在該段時間中盾構(gòu)機(jī)外殼與土體之間的摩擦導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變變化而引起的位移。盾構(gòu)脫離階段主要是由于盾構(gòu)的脫離形成臨空面，襯砌和土層之間存在了空隙，進(jìn)而導(dǎo)致了土體的沉降。待灌漿結(jié)束之后沉降依舊繼續(xù)，這個階段的變形主要是由蠕變引起的，這種變形也會隨著時間的變化而慢慢趨于穩(wěn)定。引起地層變化的主要因素包括覆土厚度、土體的變形模量、出土量、注漿量等。

2.2 盾構(gòu)施工對圍巖的影響

盾構(gòu)機(jī)在未開挖之前，圍巖會處于一個相對穩(wěn)定、相對平衡的狀態(tài)，一旦盾構(gòu)機(jī)開始向前推進(jìn)，所開挖部分圍巖的應(yīng)力平衡和位移平衡就會被打破。鄰近隧道之間的相對位置以及施工順序的先后都會對圍巖的應(yīng)力以及位移產(chǎn)生影響。鄰近的平行隧道開挖時，圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)會根據(jù)軸線直降的距離增大而增大，到2 條隧道的距離超出一定的范圍后，圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)就相當(dāng)于單條隧道的圍巖應(yīng)力系數(shù)。2 條隧道離得越近，圍巖所受到的影響也就越大，2 條隧道之間的相互影響也就越大。反之，當(dāng)超過一定的區(qū)域，2 條平行隧道之間的相互影響就會削弱甚至消失[4]。

2.3 盾構(gòu)施工對臨近樁基的影響

隧道的開挖會引起鄰近樁基附近土體的沉降，此時樁基也會由于土體的沉降而產(chǎn)生負(fù)摩擦力，使得樁基產(chǎn)生豎向的位移。同時，隧道的開挖也會造成樁基產(chǎn)生水平向的位移，土體的水平移動也會導(dǎo)致樁基產(chǎn)生擠壓變形。

3 新建平行隧道的控制措施

3.1 盾構(gòu)施工前進(jìn)行隔離加固

盾構(gòu)施工前對平行隧道之間的地層進(jìn)行加固能夠有效削弱新建隧道在開挖施工過程中對既有隧道的影響。通常采用的方法有阻隔法和加固法，前一種是設(shè)置地下連續(xù)墻、灌注樁、鋼管樁等削弱盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時產(chǎn)生的地層變化對隧道的影響；后一種則是通過攪拌樁、旋噴樁等對中間地層進(jìn)行加固。盾構(gòu)施工時不同影響范圍內(nèi)的控制措施如表1 所示。

表1 不同影響范圍內(nèi)控制措施

3.2 土壓盾構(gòu)掘進(jìn)通過鄰近平行隧道時的控制措施

土壓盾構(gòu)機(jī)通過鄰近平行隧道時，主要控制掘進(jìn)模式、土倉壓力、出土量控制、渣土改良劑摻量、注漿控制、推力、掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩、姿態(tài)控制、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速等掘進(jìn)參數(shù)。掘進(jìn)參數(shù)變化對既有隧道穩(wěn)定性存在重大影響，因此，需控制好土壓盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，控制好沉降，進(jìn)而減少新建隧道的施工對周圍土體產(chǎn)生的擾動，進(jìn)而達(dá)到減少對既有隧道的影響的目的。

1）土壓盾構(gòu)掘進(jìn)模式選擇

土壓盾構(gòu)根據(jù)地層的不同和掘進(jìn)環(huán)境的差異在掘進(jìn)中可選擇敞開式（OPEN）、半敞開式（SEMI-OPEN）和土壓平衡式（EPB）3 種不同的掘進(jìn)模式。為保證施工安全，選用土壓平衡模式進(jìn)行掘進(jìn)，對既有隧道影響最小。

2）土壓力控制

土壓力控制對隧道及周邊土體的穩(wěn)定起關(guān)鍵性作用。為了減小建筑物荷載引起的附加應(yīng)力導(dǎo)致的地層應(yīng)力場變化，在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入影響范圍之內(nèi)時就需要對盾構(gòu)土倉壓力進(jìn)行調(diào)整?？梢栽谕七M(jìn)速度一定的情況下，降低螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時，還可以在加注泡沫或者泥漿來減小對周圍土體的擾動。

3）出土量控制

出土量是判斷盾構(gòu)掘進(jìn)是否超挖的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，一旦超挖將會對既有隧道穩(wěn)定性造成極大影響。因此，盾構(gòu)機(jī)操作人員應(yīng)密切關(guān)注螺旋機(jī)出土情況，觀察出渣量的變化和土倉壓力變化，如果發(fā)現(xiàn)超挖，應(yīng)及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)后繼續(xù)掘進(jìn)，并與地面監(jiān)測人員取得聯(lián)系，加強(qiáng)同步注漿量保持土體平衡。

4）渣土改良控制

掘進(jìn)過程中必須對渣土進(jìn)行合理的改良，在渣土中加入適當(dāng)?shù)呐菽瓌┯行岣咴恋暮鸵仔?，以防噴涌和結(jié)泥餅，同時還有利于控制掘進(jìn)與出渣的平衡，以達(dá)到平穩(wěn)快速掘進(jìn)，避免地面沉降與隆起，減小對周圍土體的擾動，從而減少對鄰近隧道的擾動。

泡沫用量應(yīng)根據(jù)實際情況做動態(tài)調(diào)整，根據(jù)理論計算值和經(jīng)驗值，可將泡沫劑注入率定為40%～60%。經(jīng)計算，當(dāng)稀釋液濃度為2%～5%時，每環(huán)用量范圍為32～81 L。根據(jù)不同地層控制注入率:黏土20%～35%、砂黏土混合物25%～35%、砂性土35%～60%、巖石100%。

5）注漿控制

盾構(gòu)機(jī)盾尾的注漿應(yīng)具有及時性，能夠及時地對盾尾的間隙進(jìn)行填充，確保管片襯砌的早期穩(wěn)定，進(jìn)而控制地層變形，同時也能夠保證隧道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。另外，過大的注漿壓力會對土體造成擾動，注漿壓力一般在0.4 MPa(出口壓力)以下，結(jié)合覆土層厚度、地質(zhì)條件、水土壓力、盾構(gòu)形式和注漿材料種類綜合決定。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中采用單液漿方式進(jìn)行同步注漿，單液漿凝固時間長，導(dǎo)致單液漿注漿效果不理想，因此，在掘進(jìn)過程中對盾尾后4～5 環(huán)進(jìn)行補(bǔ)充雙液漿，采用水玻璃和水泥漿，水玻璃和水泥漿的比例為1∶10，漿液初凝時間設(shè)計為15 s。

4 結(jié)語

盾構(gòu)技術(shù)是目前城市地鐵的主要施工方式，地鐵施工中對平行隧道的影響是目前盾構(gòu)施工的關(guān)鍵問題。本文針對這一關(guān)鍵問題，分析了盾構(gòu)施工對地層地表、圍巖、鄰近樁基的影響，并針對這些問題從盾構(gòu)施工前和施工中2 個方面提出了相關(guān)的控制措施，分別為隔離加固和土壓盾構(gòu)機(jī)的操作控制。