劉鴻飛

（沈陽市城市建設(shè)投資集團發(fā)展有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

盾構(gòu)隧道施工中，盾構(gòu)接收是容易發(fā)生施工事故的階段。隨著盾構(gòu)施工城市中心化，施工環(huán)境復雜化，面對隧道埋深不斷加深，地下水壓不斷增大，端頭加固困難等情況，僅僅采用端頭加固方法難以保證盾構(gòu)接收施工的安全[1-3]。

天津某地鐵盾構(gòu)區(qū)間，接收端地層為粉質(zhì)黏土層，且接收端50m范圍內(nèi)不穿越含水層，土體強度較低，在盾構(gòu)接收施工擾動的影響下，極易引起地表沉降，可能會破壞接收端范圍內(nèi)的管線，危及周圍環(huán)境，存有一定施工風險，為保證盾構(gòu)接收的安全，需采取措施對端頭土體進行加固。同時接收端場地臨近城市干道，交通繁忙，地面加固范圍狹小，要選擇適用于黏土地層且施工設(shè)備能在狹小工作面施工的施工方式，盡可能減小對周邊環(huán)境的施工擾動。采用有限差分軟件FLAC3D對接收端掘進過程進行模擬，得到端頭加固對地表沉降控制的效果；同時基于實際接收過程的沉降數(shù)據(jù)，分析RJP樁結(jié)合鋼套筒接收盾構(gòu)的安全性及對地表沉降控制的效果。

1 掘進過程模擬分析

以左線隧道盾構(gòu)接收端的掘進過程進行建模計算。根據(jù)設(shè)計圖紙，隧道埋深約11.1m，隧道外徑為6200mm，管片及注漿厚度分別為350mm、100mm。接收端采用2排RJP樁進行端頭土體加固，加固范圍為沿隧道方向約4.1m，隧道外圍約3.0m，洞門圍護結(jié)構(gòu)約1.0m。隧道開挖造成的地層應(yīng)力及應(yīng)變情況與距隧道中心的距離有關(guān)，一般距離在3～5倍隧道直徑范圍時，變化情況相對明顯，而超出這個范圍則影響較小[4]。

1.1 建立數(shù)值模型

為了使模擬計算的情況更符合實際工況，模型中隧道中心至模型邊界的距離取值大于5倍的隧道直徑，最終建立模型尺寸為65m×45m×30m（橫×豎×縱）,見圖1。頂面模擬地表，取為自由界面；側(cè)面施加法向的位移約束；模型底部為固定界面。

圖1 數(shù)值計算模型

本構(gòu)模型選擇M-C模型，地層視為理想彈塑性材料，加固土體及襯砌結(jié)構(gòu)物理力學參數(shù)根據(jù)地勘報告結(jié)合工程經(jīng)驗取值，管片與注漿層選擇彈性模型[5-6]。

1.2 計算結(jié)果分析

隧道完成掘進后，隧道軸線正上方各地表點沉降值情況見圖2。縱向26～30m處的地表各點沉降變化基本不大，整體沉降值也不大，而縱向13～26m的地表沉降變化率較大，且沉降值也較縱向25～30m處的大，地表的最大沉降為12.11mm。

圖2 隧道上方地表沉降曲線

縱向26～30m在加固區(qū)內(nèi)，從以上對比可知，加固區(qū)內(nèi)地表沉降明顯較非加固區(qū)小，表明采用端頭加固措施對地層變形的控制有很好效果。

2 盾構(gòu)接收過程

2.1 端頭加固方案

根據(jù)施工方案，端頭土體采用2排RJP樁加固，樁直徑2400mm，間距為2000mm，咬合400mm。接收端端頭加固范圍為：縱向加固4.1m，橫向加固隧道周圍3m，端頭加固示意見圖3。

圖3 端頭加固示意圖

2.2 鋼套筒接收方案

接收鋼套筒尺寸是基于盾構(gòu)機尺寸和接收井現(xiàn)場情況選取內(nèi)直徑為7m，分5段，每段分為上、下半圓，總長為11.1m。鋼套筒材料為16mm厚鋼板，鋼套筒外表面焊接縱向及環(huán)向的加強筋板；加強筋板采用24mm厚、200mm寬鋼板，間距400mm×500mm（橫向×縱向）設(shè)一道。

鋼套筒分塊制作，橫縱向均采用高強螺栓連接，每段鋼套筒設(shè)注漿孔4個，注漿孔直徑50mm。同時在成型的鋼套筒上設(shè)3個檢查人孔，尺寸為800mm×800mm，1500mm×800mm（圖4）。鋼套筒的安裝順序是：先拼裝過渡連接環(huán)，再裝下半圓、上半圓。鋼套筒組裝完畢后，現(xiàn)場對鋼套筒進行密閉性檢查；檢查結(jié)果符合要求后，即可對接收洞門進行破除。在洞門破除后，重新封閉鋼套筒，然后向鋼套筒內(nèi)進行填料，全內(nèi)填M1.5砂漿方量約為538m3。完成填料后，開始盾構(gòu)接收段的掘進，在盾構(gòu)全部推進至鋼套筒后，開始封堵洞門。在確認洞門封堵效果后，現(xiàn)場開始進行鋼套筒拆除工作。首先割除側(cè)向鋼支撐以及后靠反力結(jié)構(gòu)，然后依次拆除鋼套筒。

圖4 接收端鋼套筒

3 實際接收效果

選取左線隧道上方兩個監(jiān)測點，分別為隧道縱向16.5m測點DBC76-01和隧道縱向27m處測點DBC77-01，其中DBC76-01點處于端頭加固區(qū)外，DBC77-01點處于端頭加固區(qū)內(nèi)，取這兩個點來進行對比分析，具有一定的可比性。

當隧道開挖完成后，測點DBC76-01最大沉降值為11.88mm，見圖5。

圖5 監(jiān)測點DBC76-01沉降曲線

當隧道開挖完成后，測點DBC77-01最大沉降值約為4.46mm，見圖6。

圖6 監(jiān)測點DBC77-01沉降曲線

結(jié)合接收端監(jiān)測斷面各監(jiān)測點沉降數(shù)據(jù)分析，可知在盾構(gòu)接收過程中，地面出現(xiàn)了一定程度的隆起和沉降，但累計總沉降量均在-30mm或+10mm內(nèi)，沉降值均控制在安全范圍之內(nèi)，滿足盾構(gòu)施工及驗收要求。這表明采用鋼套筒接收技術(shù)完成盾構(gòu)的接收施工對地表沉降有一定影響，但整體是安全可靠的。

4 結(jié)束語

對盾構(gòu)接收過程端頭加固模擬分析及RJP工法樁結(jié)合鋼套筒接收盾構(gòu)實際效果分析，得以下結(jié)論:

（1）RJP樁加固法適用于場地狹小，樁深相對較大的盾構(gòu)隧道端頭土體加固對于盾構(gòu)施工引起的地層變形控制較為明顯；

（2）采用RJP樁結(jié)合鋼套筒的盾構(gòu)接收方案能夠滿足盾構(gòu)接收施工要求，有效控制接收盾構(gòu)過程中的各項風險，沒有造成地層水土流失等情況，具有較高安全性；

（3）結(jié)合計算結(jié)果和實際測量值的分析，兩者的沉降趨勢比較接近，采用FLAC3D軟件進行盾構(gòu)接收段地表沉降的計算是可行的，可為實際施工提供一定的參考。