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摘要:結(jié)合南京地鐵一號線一區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿公路隧道的具體工程實踐,探討了兩種不同類型隧道互交穿越的施工監(jiān)測技術,根據(jù)影響安全的各因素,采取可行的監(jiān)測方案,分析了盾構(gòu)穿越公路隧道過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律,用于指導實踐,保證了隧道結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全,獲得滿意的結(jié)果。為同類型工程積累了經(jīng)驗。

關鍵詞:盾構(gòu)隧道;公路隧道;下穿;安全監(jiān)控中

1工程概況

南京地鐵與玄武湖公路隧道為南京市政兩大重點項目,地鐵一號線盾構(gòu)施工隧道(左、右線)與玄武湖公路隧道在新模范馬路與中央路的丁字路口立體交叉,公路隧道在地鐵隧道的上方,并先于地鐵隧道施工。兩條隧道互交處的最小凈距右線為11004m,左線為11053m,因此,在盾構(gòu)機穿越公路隧道下方的施工過程中,安全監(jiān)控成為確保兩隧道結(jié)構(gòu)安全的一項重要工作。

盾構(gòu)機穿越地層為粘土性地層,有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土等,土質(zhì)不均,土質(zhì)較差。圍巖劃分為Ⅰ類,地下水主要為孔隙潛水與弱承壓水,采用土壓平衡式盾構(gòu)掘進。玄武湖公路隧道采用明挖順做法施工,圍護結(jié)構(gòu)采用SMW法工法,主體結(jié)構(gòu)為鋼筋砼箱體結(jié)構(gòu),底板為850mm厚鋼筋砼,墊層為200mm厚素砼,并沿公路隧道縱向設抗拔樁,主體結(jié)構(gòu)僅先于地鐵隧道2月完成施工,并預留了極小的盾構(gòu)穿越空間。

2安全監(jiān)控方案

為保證盾構(gòu)的安全通過和公路隧道的安全,根據(jù)可能出現(xiàn)影響安全的因素,選擇布置適當?shù)谋O(jiān)控方案,使其能客觀地反映盾構(gòu)通過公路隧道時的安全狀況。211監(jiān)測內(nèi)容及測點的布置對盾構(gòu)隧道進行管片襯砌沉降和收斂監(jiān)測,同時對公路隧道進行底板隆沉、隧道凈空收斂監(jiān)測及圍巖壓力測試。其中管片變形點布置在盾構(gòu)左右隧道軸線與公路隧道上行、下行隧道中線相交處的斷面上;考慮到盾構(gòu)引起的地表沉降槽呈正態(tài)曲線分布[2],盾構(gòu)隧道上方沉降量大,向兩側(cè)逐漸減小,因此布置成如圖1(a)所示的公路隧道底板隆沉點;在公路隧道上行、下行隧道內(nèi)沿盾構(gòu)左右線隧道軸線布設公路隧道凈空收斂點;在公路隧道與盾構(gòu)隧道交叉處埋設6個土體壓力測點,布置于墊層與土體之間。

212監(jiān)測頻率及預警盾構(gòu)機通常的平均掘進速度為每天12m,在下穿公路隧道時放緩速度,約每天8m。盾構(gòu)機接近公路隧道60m前開始初測并按照規(guī)范要求的頻率進行觀測,通過時每6小時測量一次。同時當監(jiān)測值累積變化接近或超過報警值時,加大監(jiān)測頻率。預警值按照Ⅲ級監(jiān)測管理[3]來確定,即將控制值的三分之二作為警告值,控制值的三分之一作為基準值,將警告值和控制值之間稱為警告范圍,實測值落在此范圍,應提出警告,需要調(diào)整施工參數(shù)、采取施工對策;警告值和基準值之間稱為注意范圍;實測值落在基準值以下,說明兩隧道和圍巖是穩(wěn)定的。同時利用變化速率作為輔助監(jiān)測基準。213控制措施。

為減小盾構(gòu)施工對玄武湖公路隧道的影響,在施工中應盡可能地減小對周圍土體的擾動和地表沉降,關鍵技術是保持盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定和管片脫出盾尾后建筑空隙。盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定可以通過優(yōu)化掘進參數(shù)來控制,其重要參數(shù)有三個:正面壓力、推進速度和出土控制。在盾構(gòu)還未到達公路隧道的掘進過程中,通過地表沉降曲線進行實測反饋,以驗證選擇施工參數(shù)的合理性或據(jù)以調(diào)整優(yōu)化施工參數(shù)。在通過公路隧道時減小正面壓力,放慢推進速度,加快出渣速度能達到降低地表隆起的目的;相反,采取提高正面壓力,加快推進速度,減少出渣量,能起到控制沉降的目的,這樣能夠保證公路隧道路面的穩(wěn)定。

建筑的空隙的充填則采取同步與二次注漿。在盾構(gòu)掘進過程中,盡快在脫出盾尾后環(huán)形建筑空隙中充填足量的漿液進行同步注漿。二次注漿是彌補同步注漿的不足,減小沉降的有效輔助手段,在盾構(gòu)下穿公路隧道時,以達到控制地表沉降的目的。盾構(gòu)通過后,根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果及時控制固結(jié)沉降,在管片襯砌后實施跟蹤回填與固結(jié)注漿,尤其是對拱部120°范圍內(nèi)進行地層的固結(jié)注漿,最大程度地保證公路隧道和盾構(gòu)隧道的穩(wěn)定。

同時注意盾構(gòu)姿態(tài)的控制,在盾構(gòu)推進和管片拼裝時確保姿態(tài)不后退、不變向、不變坡,保持連續(xù)均衡的施工。并且在公路隧道與盾構(gòu)隧道互交處,加載墊層,沿玄武湖隧道縱向設抗拔樁。

3實測情況分析

盾構(gòu)左線于2002年5月16日至19日完成公路隧道段的施工。在盾構(gòu)機接近公路隧道60m到遠離公路隧道100m這一階段,連續(xù)對監(jiān)測項目進行跟蹤監(jiān)測分析。

(1)土壓力分析圖2是盾構(gòu)機左線穿越公路隧道時,土壓力的變化情況。

土壓力變化曲線土壓力的變化規(guī)律與盾構(gòu)施工進程相對應,土壓變化規(guī)律比較明顯,主要有以下特點:1)右線土壓力(Y4、Y5、Y6)基本沒有變化,說明盾構(gòu)掘進影響范圍比較小,右線上方土壓力比較正常,土體沒有發(fā)生大的擾動。

2)從左線土壓力(Y1、Y2、Y3)的變化情況來看,盾構(gòu)推進對左線上方土體有擠壓作用。盾構(gòu)切口前方土壓略有下降(主要是泡沫影響所致),但數(shù)值比較小;盾構(gòu)切口到達時與盾構(gòu)土倉頂部壓力基本一致。

3)盾尾到達時土壓上升(主要受同步注漿影響),盾尾通過后土壓開始下降,最終穩(wěn)定但仍比掘進前略大。土壓下降是漿液固結(jié)收縮所致,總體上同步注漿對地層有壓密作用。

4)還反映出在盾構(gòu)到達后,土壓力不斷增加,平均大約增加0106MPa,隨后又減少了大約0104MPa。說明盾構(gòu)在推進時對周圍主體產(chǎn)生擠壓,使壓力增加,而后產(chǎn)生彈性恢復,壓力減小。壓力經(jīng)歷了減小—增大—減小的動態(tài)變化后,其間使公路隧道和盾構(gòu)隧道的受力發(fā)生變化,控制不好會影響兩隧道的安全。

(2)公路隧道底板沉降

從4月25日開始對玄武湖公路隧道底板開始跟蹤監(jiān)測,到5月23日盾構(gòu)已經(jīng)完全穿出一段距離后,公路隧道南北線29個監(jiān)測點最大隆沉值為119mm,最小值011mm,未影響公路隧道的安全。為分析盾構(gòu)推進對公路隧道底板影響規(guī)律,分別繪制公路隧道方向(南線)沉降在不同時間段內(nèi)的變化曲線圖,以及典型點隨時間變化的曲線圖

1)盾構(gòu)未到達公路隧道時,地表有比較大的沉降量,最大沉降量為116mm,說明盾構(gòu)正面對土體的推應力小于原始側(cè)向地應力。而且其沉降量曲線與累積沉降量曲線很接近,說明這一階段的沉降量是通過公路隧道時主要沉降段。

2)盾構(gòu)通過時,地表有隆起的現(xiàn)象,最大值僅為017mm,由于盾構(gòu)切口到達時與盾構(gòu)土倉頂部壓力基本一致,微量隆起跟強注漿量有關。同時沒有出現(xiàn)大的隆起說明抗拔樁起到了抗拔的作用。

3)盾構(gòu)通過后,公路隧道地表有微小的沉降,其中S1-1,S2-1處于抗拔樁外沉降明顯。

4)分析典型點沉降過程,盾構(gòu)到達前的沉降量占到總沉降量的95%以上,速率為0108mmΠd。而通過時的隆起抵消了通過后由于土體的固結(jié)引起的沉降。

5)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,當覆土厚度不夠時,加載墊層和抗拔樁是有效的措施之一,能很好地控制地表的隆沉。

(3)管片沉降及隧道收斂

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示公路隧道的凈空收斂最大變化量為0187mm。同時根據(jù)對地鐵管片連續(xù)的跟蹤監(jiān)測表明,相交處地鐵隧道最大累積收斂為1148mm,最大累積沉降為0170mm。考慮到讀數(shù)的誤差,可以認定在穿越玄武湖公路隧道期間,公路隧道沒有受到大的影響;完全穿越后地鐵管片的沉降以及收斂在控制范圍內(nèi),說明公路隧道已經(jīng)趨于穩(wěn)定,盾構(gòu)隧道安全穿越公路隧道。

4結(jié)論

(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明在盾構(gòu)隧道穿越公路隧道期間,盾構(gòu)的各種參數(shù)設置比較適當,在推進速度較快(約60mmΠmin)的情況下,保證了公路隧道的穩(wěn)定;同時為右線盾構(gòu)隧道的再次穿越積累了經(jīng)驗。

(2)地鐵隧道與不同類型的隧道互交并且采用土壓平衡盾構(gòu)施工,當覆土厚度不夠時,可加載墊層和設置抗拔樁。監(jiān)測結(jié)果表明一些變形數(shù)值遠遠小于控制值。在覆土最小僅為11004m的狀態(tài)下,盾構(gòu)機安全穿越公路隧道,為以后同類型工程積累寶貴的經(jīng)驗。

(3)在盾構(gòu)推進時,須加強周邊環(huán)境的監(jiān)測,根據(jù)實際情況來調(diào)整盾構(gòu)推進參數(shù),控制地表沉降,保證相交隧道的安全有著重要的作用。

參考文獻

[1]唐益群等.上海地鐵盾構(gòu)施工引起地面沉降原因分析研究

[2]張慶賀等.盾構(gòu)推進引起土體擾動理論分析與試驗研究

[3]巖土工程監(jiān)測規(guī)范.北京:中國計劃出版社,996.