第 33 卷第 6 期岩土工程学报 Vol.33 No.6 2011 年.6 月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering June 2011 过江盾构隧道穿越大堤的地层沉降分析及控制 张忠苗 1, 林存刚 1*, 吴世明 2, 刘冠水 2, 王承山 3 3, 谢文斌 (1. 浙江大学岩土工程研究所, 浙江杭州 310058;2. 杭州庆春路过江隧道有限公司, 浙江杭州 310002; 3. 中铁隧道股份有限公司, 河南郑州 450000) 摘要 : 对杭州庆春路过江盾构隧道施工引起的地表沉降实测数据进行了分析, 采用 Peck 公式对横向地表沉降曲线进 行拟合, 并对大堤和其他断面地表沉降进行了对比 分析结果表明 : 盾构在大堤下施工引起的地表沉降更大, 原因是 盾构施工对周围土体的扰动 大堤结构的复杂性 堤顶车辆对土体施加的循环荷载及降雨等共同作用使堤顶沉降加剧 ; 验证了 Peck 公式在杭州地区软土地层中预测盾构施工引起地表沉降的适用性, 其中地表沉降槽宽度参数 K 取值范围为 0.25~0.31, 地层损失率 η 的取值范围为 0.10%~0.34%; 结合工程实践, 提出了泥水平衡盾构穿越大堤控制地表沉降 的措施 关键词 : 泥水盾构 ; 越江隧道 ; 地表沉降 ; 大堤 ; 施工控制 中图分类号 :TU433 文献标识码 :A 文章编号 :1000 4548(2011)06 0977 08 作者简介 : 张忠苗 (1961 ), 男, 浙江宁海人, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事基础工程与桩基础的研究 教学 检测工作 E-mail: zjuzzm@163.com Analysis and control of ground settlement of embankments in construction of cross-river shield tunnels ZHANG Zhong-miao 1, LIN Cun-gang 1, WU Shi-ming 2, LIU Guan-shui 2, WANG Cheng-shan 3, XIE Wen-bin 3 (1. Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Hangzhou Qing-chun Road Cross-river Tunnel Co., Ltd., Hangzhou 310002, China; 3. China Railway Tunnel Stock Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China) Abstract: Slurry shield has been widely used in construction of cross-river tunnels. One big challenge is how to traverse the embankment without impacting its regular service and safety. Based on the field settlement monitoring data in construction of Hangzhou Qingchun Road cross-river tunnel, ground settlements induced by shield tunneling under greenfield and the embankment are compared. The results show that the settlements of the embankment are larger, for which for the shielding disturbance to the surrounding soils, the complexity of the embankment structure, the vehicle travelling on the embankment and sustained rainfall are accounted. Peck equation s applicability to predict the ground settlements due to shield tunneling in Hangzhou is evaluated, and the values of the ground trough-width parameter and the volume loss in this project are suggested. By combining the successful experience of crossing the embankment in this tunnel, some practical and effective measures are suggested for slurry shield to traverse the embankment. These results will provide a scientific reference for the design and construction of similar shield tunnels in practice. Key words: slurry shield; cross-river tunnel; ground settlement; embankment; construction control 0 引言 越江隧道因不制约航运 不受气象条件影响 抗震性能好 战略意义高等优越性, 近些年在越江工程中普遍应用 [1] 泥水平衡盾构法是越江隧道主要的施工方法之一, 如上海上中路隧道工程 上海长江隧道工程 武汉长江隧道工程 南京长江隧道工程等均采用泥水平衡盾构施工 虽然盾构法有机械化程度高 掘进速度快 施工安全 对周围环境影响小等诸多优点 [2], 但仍不可避免地对周围土体产生扰动, 引起周 围地层的移动和地表沉降 防洪大堤是整个防洪体系的重要组成部分, 其抗洪能力直接关乎堤防保护范围内人民生命财产安全 在上海若干越江隧道工程施工中, 曾发生了大堤防汛墙底板渗水 防汛闸门变形 防汛墙倒塌等威胁提防安全的事故 [3] 因此, 盾构法越江隧道穿越大堤时, 如何控制施工减少对大堤的扰动以确保大堤的安全是 收稿日期 :2010 01 29 * 通讯作者
978 岩土工程学报 2011 年 十分重要的问题 本文通过对杭州庆春路过江盾构隧道施工地表沉 [4] 降监测数据的分析, 讨论了 Peck 公式在该工程中的适用性, 对比分析了盾构穿越钱塘江南岸大堤时地表沉降较大的原因, 并结合工程实践总结了泥水盾构穿越大堤控制地表沉降的措施 越土层剖面见图 1 1 工程概况及地质条件 1.1 工程概况 杭州庆春路过江隧道南北方向垂直穿越钱塘江, 盾构段总长 3532.442 m, 其中东线长 1765.478 m, 西线长 1766.924 m 管片外径 11.3 m, 内径 10.3 m, 厚 50 cm, 环宽 2 m 管片采用通用契型环, 采用 6 标准块 +2 邻接块 +1 封顶块的分块形式, 错缝拼装, 纵环向采用高强螺栓连接 盾构隧道采用 2 台泥水平衡盾构机掘进,2 台盾构机均从江南盾构工作井始发, 始发段纵向坡度为 -4.25% 盾构主机长 11.4 m, 后配 3 节拖车, 上载砂浆泵 电器液压设备 主控室等, 长约 20 m 盾构主机总重 1100 t, 外径 11.65 m 1.2 地质条件 沿线场地地貌主要为钱塘江河床及两岸的钱塘江河口冲海积平原, 钱塘江南北两岸已建成标准堤塘, 岸区已不受潮汐影响, 地貌上属平原 拟建隧道与钱塘江垂直, 该段河面宽度约为 1200 m, 岸区标高 5.0~ 6.5 m(85 国家高程 ) 左右, 北岸为钱江新城, 已建成庆春路, 道路两侧以绿化带为主 ; 南岸以苗木 鱼塘为主, 因人工鱼塘开挖影响, 微地貌有一定起伏 盾构施工主要穿越 3 层粉砂夹粉土 4 层淤泥质粉质黏土 5 层粉质黏土 6 层粉质黏土 7 层粉细砂和 8 层圆砾 各土层物理力学指标见表 1 隧道穿 层号 土层名称 天然重度 /(kn m -3 ) 表 1 场地主要土层物理力学指标 图 1 隧道穿越土层剖面图 Fig. 1 Profile of soil strata for cross-river tunnel 2 地表沉降监测测点布置 Table 1 Physical and mechanical properties of soil strata 天然承载力特征值 /kpa 地表沉降监测从江南工作井至钱塘江南岸大堤一共布置 19 个断面, 编号 D1~D19 监测断面布置情况如图 2 所示 其中 D1~D6 因处于加固区, 数据失真, 数据未采用 ;D7~D15 所处地面隧道施工前为农田 ;D16~D19 位于钱塘江南岸大堤之上 钱塘江南岸大堤于 2002 年建成, 为 50 a 一遇的标准堤塘 大堤顶部为宽 8 m 的沥青道路, 有重型车辆频繁通过 大堤结构见图 3 各监测断面垂直于隧道轴线, 测点布置如图 4 所示 根据各个断面地表的具体情况, 实际测点布置有所变动 本文仅对西线隧道盾构施工引起的地表沉降监测数据进行分析 层厚 /m 渗透系数 /(cm s -1 ) 竖向水平 黏聚力 /kpa 内摩擦角 /( ) 1 填土 19.0 0.50~7.80 2-1 砂质粉土 19.5 135 0.70~9.30 1.49 10-4 1.99 10-4 35.9 34.8 2-2 粉土夹淤泥质土 19.2 100 1.10~8.45 1.78 10-4 2.07 10-4 37.0 35.5 3-1 粉砂夹粉土 19.5 160 1.10~5.80 1.58 10-4 2.20 10-4 36.5 38.7 3-2 砂质粉土 19.8 145 0.70~6.50 2.24 10-4 4.55 10-4 42.0 21.7 3-3 粉砂夹粉土 19.8 180 1.80~8.00 3.11 10-4 1.03 10-3 27.7 30.1 3-4 黏质粉土 19.5 120 0.80~3.20 2.46 10-4 3.83 10-4 21.6 18.0 4 淤泥质粉质黏土 18.5 75 0.50~10.30 1.45 10-7 3.23 10-7 28.0 12.9 5-1 粉质黏土 19.8 180 0.50~6.00 1.24 10-7 1.51 10-7 34.9 26.0 5-2 粉质黏土 19.0 170 0.50~12.40 2.16 10-7 2.46 10-7 35.5 19.0 6-1 黏土 18.8 120 0.90~5.90 9.55 10-8 1.28 10-7 39.0 16.9 6-2 粉质黏土 19.0 150 0.80~9.80 1.77 10-7 2.85 10-7 41.0 20.5 7-1 粉质黏土夹粉砂 20.1 180 0.60~5.40 3.92 10-7 6.47 10-6 55.7 25.7 7-2 粉细砂 20.5 220 0.80~7.70 2.74 10-4 6.49 10-4 54.7 23.8 8 圆砾 500 1.20~8.60 7.50 10-2 9.30 10-2
第 6 期张忠苗, 等. 过江盾构隧道穿越大堤的地层沉降分析及控制 979 图 2 地表监测断面平面布置示意图 Fig. 2 Layout of ground monitoring sections 图 3 钱塘江大堤及堤上监测断面示意图 Fig. 3 Qiantang River embankment and monitoring section 图 4 隧道地表沉降测点布置图 Fig. 4 Layout of monitoring points 3 地表沉降监测数据分析 对隧道开挖引起地面位移的预测, 目前工程实践中普遍采用的是 Peck 提出的地面沉降的横向分布估算公式 [4] : 2 x Sx ( ) = Smax exp( ), (1) 2 2i 2 Vs πr η Smax = = (2) i 2π i 2π 式中 S(x) 为地层损失引起的地面沉降 ;x 为距隧道中心线的距离 ;S max 为隧道中心线处地层损失引起的最大沉降量 ;i 为地表沉降槽宽度系数 ;V s 为隧道单位长度地层损失 ;η 为地层损失率, 是地表沉降槽的面积与隧道开挖面积之比 ;R 为隧道开挖半径 对于 i 的取值, 应用最为广泛的是 O Reilly&New (1982) [5] 根据伦敦地区经验提出的 i=kz 0 (3) 式中 K 为沉降槽宽度参数 ;z 0 为隧道轴线埋深 3.1 隧道轴线位置地表沉降随时间的变化图 5 为部分监测断面隧道轴线位置地表沉降随盾尾离开时间的变化曲线, 图中地表隆起记为正值, 地表沉降记为负值 从图 5 发现,D7~D11 沉降随时间的变化规律基本相同 : 在盾尾离开监测断面之前, 地表位移相对较小 ; 盾尾脱离后, 沉降速度和沉降量陡增 ; 盾尾脱离 5~6 d 后, 地表稍有回弹, 然后沉降速度出现转折, 沉降速度明显变慢 ; 之后沉降速度递减 一般认为, 管片脱离盾尾初期, 由于建筑空隙引起地层损失, 会产生比较大的沉降 ; 之后的沉降主要由扰动土体固结引起 一般在盾构施工阶段由于地层损失引起沉降的速度要大于后期固结沉降的速度 结合图 5, 故认为盾尾离开 5~6 d 之前的地表沉降主要由地层损失引起, 之后继续产生的沉降则主要由固结引起 从图 5 可以看出, 后期 D7~D11 沉降曲线斜率基本相同, 说明固结沉降速度基本相同 从图 5 可以发现,D16~D19 沉降规律基本一致 : 盾尾脱离之前, 同 D7~D11,D13 相比, 地表沉降相对较大 ; 盾尾脱离后, 沉降速度和沉降值骤增 ; 盾尾 图 5 隧道轴线位置地表沉降随盾尾离开时间的变化曲线 Fig. 5 Settlement-time curves of monitoring points above tunnel axis
980 岩土工程学报 2011 年表 2 各监测断面纵坐标 Table 2 Longitudinal coordinates of monitoring sections 断面 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 D19 纵坐标 /m 0 5 10 30 50 60 70 134.14 139.36 149.92 155.92 159.92 163.92 脱离约 15 d 之后, 沉降曲线出现转折, 沉降速度明显变慢 ; 盾尾脱离约 88 d 之后, 地表沉降趋于稳定 D7~ D11,D13 沉降曲线与 D16~D19 沉降曲线对比发现, 后者盾构通过时引起的地表沉降更大 ; 前者盾尾脱离 5~6 d 沉降速度出现转折开始减小, 后者盾尾离开后约 15 d 沉降速度才明显变慢 D13 在盾尾离开 6 d 之前沉降规律与 D7~D11 基本一致, 但之后沉降速度相对较大 图 6 为盾构穿越部分监测断面期间掘进进度曲线 如图 6 所示, 盾构切口到达里程 RK2+986 后, 由于设备故障在此处搁置 18 d, 此时盾尾到 D13 水平距离 12.52 m, 后续拖车刚好位于 D13 正下方 盾构主机及后续拖车巨大的压重压缩下卧土层, 进而引起地表产生较大沉降 这是 D13 图 8 3D 盾构穿越后地表沉降图后期沉降速度明显大于 D7~D11 的原因 由此可见, Fig. 8 Graph of 3D ground settlement 盾构长时间在某一断面搁置将加剧地表沉降 图 6 盾构机掘进进度曲线 Fig. 6 Advance-time curve of shield machine 3.2 隧道轴线位置地表纵向沉降及平面沉降图 7 为盾尾离开各监测断面不同时间 (t=5,10, 20 d) 时隧道轴线位置纵向地表沉降曲线 分析中, D7 断面为纵向坐标零点, 各个监测断面纵向坐标见表 2 图 7 隧道轴线位置纵向地表沉降曲线 Fig. 7 Longitudinal settlement curves above tunnel axis 图 8 为各监测断面在盾构通过后沉降趋于稳定时地表沉降立体图, 图 9 为对应的地表沉降等值线图 图 9 地表沉降等值线 Fig. 9 Ground settlement contours 从图 7~9 中可以看出, 垂直于隧道轴线方向, 隧 道轴线位置处地表沉降最大, 向两侧递减 ; 无论是在 盾构离开各个监测断面初期, 还是在各个断面地表沉 降趋于稳定后, 大堤处地表沉降都远远大于其他断面 从图 7~9 中还可以看出, 纵坐标 60~80 m 处 ( 即 D13 所处位置 ) 地面沉降也相对较大, 这主要是盾构机在 该位置搁置 18 d, 盾构压缩下卧土层, 加剧了地表沉 降 3.3 用 Peck 公式拟合实测横向沉降曲线 本文使用 Peck 公式对实测横向地表沉降曲线进 行拟合, 进一步对比大堤和其他断面地表沉降, 并评 价 Peck 公式在该工程中的适用性 Peck 公式假定施工引起的地表沉降是在不排水 情况下发生的, 沉降槽的体积等于地层损失的体积 [4]
第 6 期张忠苗, 等. 过江盾构隧道穿越大堤的地层沉降分析及控制 981 断面 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 D19 上覆土层砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土 淤泥质粉质黏土砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土 淤泥质粉质黏土填土 砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土 淤泥质粉质黏土填土 砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土 淤泥质粉质黏土填土 砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土 淤泥质粉质黏土填土 砂质粉土 粉土夹淤泥质土 粉砂夹粉土 淤泥质粉质黏土 表 3 Peck 公式拟合结果 Table 3 Fitting results using Peck equation 开挖面土层 埋深最大沉降 Peck 公式拟合参数监测时 z 0 /m 量 S max /mm i/m K η /% 间 /d 粉砂夹粉土 黏质粉土 淤泥质粉质黏土 21.01 14.67 6.5 0.31 0.22 6 粉砂夹粉土 黏质粉土 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 21.33 17.17 6.1 0.29 0.25 5 粉砂夹粉土 黏质粉土 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 21.33 19.00 5.6 0.26 0.25 5 粉砂夹粉土 黏质粉土 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 21.76 17.00 6.3 0.29 0.25 5 粉砂夹粉土 黏质粉土 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 22.83 7.5 5.8 0.25 0.10 5 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 23.18 10 5.8 0.25 0.14 6 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 25.83 20 6.6 0.26 0.31 5 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 26.83 17.32 8.4 0.31 0.34 5 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 29.83 34.01 11 0.37 0.88 5 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 31.73 32 10.4 0.33 0.78 5 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 31.83 34.32 12.6 0.40 1.02 5 淤泥质粉质黏土 粉质黏土 31.24 29.68 12.7 0.41 0.89 5 注 :1.t 为盾构机盾尾离开监测断面的时间 (d); t=0 时, 盾尾刚好离开监测断面 2. 计算地层损失率 η 时, 取盾构机外径 R 计算隧道开挖面积 A, 即 A=πR 2 D7~D15 在盾尾脱离 5~6 d 之前主要为地层损失引为 7.5~20 mm, 沉降槽宽度参数 K 取值范围为 0.25~ 起的沉降 所以取盾尾脱离 5~6 d 的数据进行分析 ; 0.31, 地层损失率 η 取值范围为 0.10%~0.34%;D16~ 为对比,D16~D19 取盾尾脱离 5 d 后的沉降数据进行 D19 最大沉降量 S max 为 29.68~34.32 mm, 沉降槽宽分析 分析结果见表 3 因 D11 横向沉降曲线呈 W 度参数 K 取值范围为 0.33~0.41, 地层损失率 η 取值形, 未对其进行拟合 范围为 0.78%~1.02% D16~D19 与 D7~D15 相比, 拟合结果发现, 各个监测断面横向地表沉降曲线地表沉降更大, 沉降范围更宽, 地层损失率更大 均可以用 Peck 公式较好地拟合 普遍认为, 在相同隧道开挖直径的情况下, 盾构从表 3 同样可以看出,D7~D15 地表沉降拟合结施工引起的地表沉降随覆土厚度的增加而减少 [6-9] 果同 D16~D19 差别很大 D7~D15 最大沉降量 S max D16~D19 隧道平均埋深比 D7~D15 大 8.15 m, 但是
982 岩土工程学报 2011 年 地表最大沉降量却平均比 D7~D15 大 17.17 mm, 与 [6-9] 地表沉降随埋深增大而减少的观点恰恰相反 图 10 为部分监测断面的实测横向地表沉降曲线, 图 11~15 为部分监测断面横线地表沉降用 Peck 公式 拟合的结果 图 14 D16 断面实测沉降曲线及 Peck 公式拟合曲线 Fig. 14 Monitoring settlement and fitting curves of section D16 图 10 实测横向地表沉降曲线 Fig. 10 Monitoring traverse ground settlement curves 图 15 D19 断面实测沉降曲线及 Peck 公式拟合曲线 图 11 D7 断面实测沉降曲线及 Peck 公式拟合曲线 Fig. 11 Monitoring settlement and fitting curves of section D7 图 12 D8 断面实测沉降曲线及 Peck 公式拟合曲线 Fig. 12 Monitoring settlement and fitting curves of section D8 图 13 D9 断面实测沉降曲线及 Peck 公式拟合曲线 Fig. 13 Monitoring settlement and fitting curves of section D9 Fig. 15 Monitoring settlement and fitting curves of section D19 3.4 堤顶沉降较大原因分析堤顶沉降相对于其他断面较大的原因总结如下 : (1)D7~D15 所处土层盾构施工之前未曾有施工扰动, 为原状土, 土质和土体力学性质相对较好 ; 而大堤上覆厚约 5 m 的填土, 土质和土体力学性质相对较差 (2) 大堤结构重度大于一般地层, 与盾构在一般地层中掘进相比, 在相同埋深的情况下, 在大堤下掘进时开挖面水土压力更大 (3) 大堤为碾压式土石堤 ( 见图 3), 主体结构为人工填土, 整体性较差, 局部变形沉陷之后, 土石结构难以抑制变形的进一步发展, 而是带动邻近土体位移 (4) 堤顶道路有重型工程车辆频繁通过, 对土体施加循环动荷载, 对土体继续产生扰动, 并加速了盾构扰动后土体的固结沉降 (5) 盾构穿越大堤期间, 降雨较频繁, 且雨量大, 持时久 降雨使大堤土体稳定性降低 :1 雨水入渗使大堤浅部土体饱和度上升, 重度增加 ; 同时, 雨水入渗产生渗透力 [10], 使大堤坡体下滑力增加 2 随雨水的入渗, 大堤浅部土体的基质吸力下降, 黏聚力减小, 抗剪强度大幅下降 [11] 3 盾构施工引起大堤坡面土体沉陷, 土体内部产生裂缝, 使得雨水更容易入渗, 并使裂隙进一步加深 贯通, 深层土体吸水后抗剪强度大幅下降 [12] 4 降雨入渗使大堤土体迅速饱和, 且在持续降雨作用下, 土体排水受限, 此时又受到盾构施工及车辆的扰动, 产生较大的超孔隙水压力, 使得大堤坡面土体容易产生流滑 [13]
第 6 期张忠苗, 等. 过江盾构隧道穿越大堤的地层沉降分析及控制 983 (6) 大堤迎水面坡度 1 2, 背水面坡度 1 3 盾构通过大堤时覆土埋深最大值和最小值差值 h 约 5 m, 盾构在通过大堤时开挖面水土压力不断变化, 隧道轴线处水土压力最大值和最小值差值 P 约 95 kpa( 取土体重度 γ =19 kn/m³, P= γ h=95 kpa) 大堤两个坡脚之间水平距离为 34.26 m, 盾构在保持一定的速度掘进时, 短距离内, 切口泥水压力难以随开挖面的水土压力及时调整 当泥水压力设置过小时, 开挖面土体失稳, 引起较大的地表沉降 (7) 盾构穿越大堤时, 开挖面土层以淤泥质粉质黏土 粉质黏土为主 由于粉质黏土具有较强的黏性, 切削后往往抱团形成大的泥土块 ( 见图 16); 因此在该地层中掘进, 泥水仓及泥浆泵易堵塞, 从而导致泥水仓压力波动剧烈, 易造成开挖面土体失稳 图 16 泥水处理设备分离出来的大块黏土 Fig. 16 Clumped clay from mud-water separation plant 4 泥水盾构过堤建议 为确保盾构顺利穿越大堤而不影响其正常使用和安全, 本工程盾构穿堤时采取了一系列措施 在盾构穿越 3 个月后堤顶沉降趋于稳定, 沉降值控制在 70 mm 之内, 不均匀沉降斜率在 0.24% 之内 现场观察大堤, 未见明显裂隙, 盾构穿越对大堤的正常使用和安全并没有造成太大影响 ; 堤顶仍有车辆频繁通过, 盾构穿越并未破坏堤顶道路而影响车辆的正常通行 因此认为, 盾构穿堤时采取的施工措施行之有效地将大堤沉降控制在安全范围内 结合本工程盾构越堤的工程经验, 对泥水盾构穿 越大堤给出以下几点建议 (1) 盾构穿堤前 :1 对大堤结构及大堤处隧道开 挖面及上覆土层进行详细调查, 分析盾构穿越对大堤 可能造成的影响及盾构施工的不利因素, 针对性地提 出应对措施 2 对盾构全面检修, 以保证设备正常运 转, 避免在穿堤时停机检修 3 在对大堤结构 隧道 穿越及上覆土层分析之后, 并基于当前施工经验, 如 果认为盾构施工会影响大堤的正常使用和安全 ; 或对 沉降和差异沉降的控制要求较严格, 当前施工无法满 足时, 需对施工影响范围内的土体进行加固 4 准备 必要的应急物资和抢险设备, 一旦出现险情及时处理 (2) 避开加大沉降的不利因素 :1 合理安排施工 进度, 避免在雨季和汛期穿越大堤 2 对于堤顶有车 辆通行的情况, 在盾构穿越时和穿越后一段时间内, 如条件许可, 应使车辆绕行, 避免车辆对大堤的再次 扰动 (3) 盾构穿堤时 : 盾构穿越时, 应不断优化各施工参数, 并使各参数相匹配, 使对周围地层的影响最小 1 泥水压力 泥浆流量及质量控制 : 因穿堤时覆土厚度不断变化, 泥水压力难以随水土压力及时调节, 为避免泥水压力过小导致开挖面土体失稳, 建议取隧道最大埋深设定泥水压力, 同时将大堤结构的超载考虑在内 当开挖面土层以黏性土为主时, 黏土易结块, 泥水仓及泥浆泵易堵塞 ; 为避免堵塞引起泥水压力波动, 应加大进出泥浆流量, 提高泥浆携带土块的能力 ; 同时加大刀盘转速, 减小掘削下土体的尺寸 泥浆的黏度 比重等参数要与当前开挖面土质相适应 ; 进出浆量要与掘进速度相匹配, 防止不合理的超挖和欠挖 ; 尽可能避免泥水压力的波动 2 同步注浆及二次注浆控制 : 在盾构穿堤时, 适当提高注浆量, 合理设定注浆压力, 及时 同步地注浆 ; 严格控制浆液质量, 在盾构穿堤前反复试验确定浆液的最佳配比 ; 注浆应均匀, 注浆量和掘进速度相匹配 ; 推进时均匀 同步地压注盾尾密封油脂, 保证盾尾密封的止水效果 在盾构通过后, 进行二次注浆, 进一步填充建筑空隙, 抑制地层变形的进一步发展 3 盾构掘进速度及姿态控制 : 在保证开挖面稳定的前提下, 尽可能快速地通过大堤, 并避免盾构较长时间的搁置 ; 推进轴线尽量与隧道轴线保持一致, 减小纠偏量, 减轻盾构与周围土层之间的摩擦 ; 防止偏挖, 减少盾构机俯仰 偏转及横向偏移 4 管片拼装质量控制 : 提高管片拼装精度和拼装质量 ; 加强螺栓连接, 在盾构通过一段距离后应再对其复紧, 避免衬砌变形过大引起大堤沉降 5 监测控制 : 在大堤上布置合理的监测点位, 加大监测频率, 密切关注大堤沉降情况, 根据监测结果实时优化掘进参数 6 穿越期间持续降雨的处理 : 持续降雨时, 考虑到雨水入渗增加了土体重度, 应将泥水仓压力适当提高 0.01~0.02 MPa 对堤顶和坡面出现的张拉裂缝应立即采取防渗措施, 防止雨水入渗 (4) 盾构穿堤后 : 在盾构穿越后, 仍需长期监测, 掌握大堤的沉降状况, 出现情况及时处理 大堤沉降 监测应持续到沉降稳定为止 5 结论 本文通过对杭州庆春路过江隧道盾构施工地表沉 降监测数据的分析, 得出以下几点结论 (1) 由于大堤结构整体性差 大堤的超载 大堤 结构的复杂性 降雨以及车辆荷载等共同作用, 使得
984 岩土工程学报 2011 年 盾构在大堤下施工, 同在一般地层中掘进相比, 引起的地表沉降更大, 沉降槽更宽 (2) 盾构长时间在某一断面搁置, 由于盾构压缩下卧土层, 会加剧该断面的地表沉降 (3) 本工程横向地表沉降曲线能较好地用 Peck 公式进行拟合, 盾构在一般地层中掘进时, 沉降槽宽度参数 K 取值范围为 0.25~0.31, 地层损失率 η 取值范围为 0.10%~0.34% (4) 对于穿堤盾构隧道工程, 在穿越前详细调查分析, 排除增大大堤沉降的不利因素 ; 在穿越时保持盾构的最佳掘进状态, 并用监测指导施工 ; 在穿越后仍加强监测, 掌握大堤状况 ; 采取这些措施之后, 可以尽可能地减少盾构施工对大堤的扰动, 将盾构穿越破坏大堤的风险降至最低 参考文献 : [1] 杨红禹, 周建民. 论我国越江隧道的发展 [J]. 地下空间, 20(3): 209 213. (YANG Hong-yu, ZHOU Jian-min. On the Development of Under-river Tunnel in China[J]. Underground space, 20(3): 209 213. (in Chinese)) [2] 周文波. 盾构法隧道施工技术及应用 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 2004: 1 22. (ZHOU Wen-bo. Shield tunnelling technology[m]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2004: 1 22. (in Chinese)) [3] 夏懿, 于瑞东, 王新旗, 等. 越江隧道工程穿越防汛墙对防汛墙安全影响及对策探讨 [J]. 上海水务, 2008, 24(4): 40 45. (XIA Yi, YU Rui-dong, WANG Xin-qi, et al. Study on safety impact and countermeasures of shield tunneling under floor wall in cross-river tunnel project[j]. Shanghai Water, 2008, 24(4): 40 45. (in Chinese)) [4] PECK R B. Deep excavations and tunneling in soft ground[c]// State of the art report. Proceedings of 7 th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Mexico City: 1969: 225 290. [5] O REILLY M P, NEW B M. Settlements above tunnels in the United Kingdom-their magnitude and prediction[c]// Proc. Tunnelling 82, Institution of Mining and Metallurgy, London: 173 182. [6] 柳厚祥. 地铁隧道盾构施工诱发地层移动机理分析与控制研究 [D]. 西安 : 西安理工大学, 2008: 10 64. (LIU Hou-xiang. The mechanism analysis and control of ground movements induced by subway shield tunneling construction[d]. Xi an: Xi an University of Technology, 2008: 10 64. (in Chinese)) [7] 卢谨. 软土地层中盾构法开挖引起的地表沉降研究 [D]. 南京 : 河海大学, 2007: 35 51. (LU Jin. Analysis of ground settlement due to tunnel construction with shield in soft soil[d]. Nanjing: HoHai University, 2007: 35 51. (in Chinese)) [8] 张海波. 地铁隧道盾构法施工对周围环境影响的数值模拟 [D]. 南京 : 河海大学, 2005: 64 79. (ZHANG Hai-bo. Numerical simulation of the influence of shield tunneling on surrounding environment[d]. Nanjing: HoHai University, 2005: 64 79. (in Chinese)) [9] 刘昌. 盾构施工引起地表沉降的研究 [D]. 西安 : 西安建筑科技大学, 2007: 38 53. (LIU Chang. The research for ground settlement caused by shield tunneling[d]. Xi'an: Xi'an University of Architecture & Technology, 2007: 38 53. (in Chinese)) [10] 黄贤辉, 苏华友. 考虑雨水入渗的土质边坡稳定性分析 [J]. 山西建筑, 2008, 34(23): 18 19. (HUANG Xian-hui, SU Hua-you. Stability analysis of landslide considering the rainwater infiltration influence[j]. Shanxi Architecture, 2008, 34(23): 18 19. (in Chinese)) [11] 娄一青, 曹良珍, 王志军, 等. 降雨入渗对边坡稳定性影响分析 [J]. 水利发电, 2008, 34(5): 19 22. (LOU Yi-qing, CAO Liang-zhen, WANG Zhi-jun, et al. Study on influence of rainfall infiltration on slope stability[j]. Water Power, 2008, 34(5): 19 22. (in Chinese)) [12] 李汝成, 王复明. 降雨入渗对泥岩 土混填路堤稳定性的影响 [J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(11): 2260 2266. (LI Ru-cheng, WANG Fu-ming. Effect of rainfall infiltration on stability of mudstone-soil mixture embankment[j]. Chinese Journal of Mechanics and Engineering, 2008, 27(11): 2260 2266. (in Chinese)) [13] 林鸿州, 于玉贞, 李广信, 等. 降雨特性对土质边坡失稳的影响 [J]. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(1): 198 204. (LIN Hong-chou, YU Yu-zhen, LI Guang-xin, et al. Influence of railfall characteristics on soil slope failure[j]. Chinese Journal of Mechanics and Engineering, 2009, 28(1): 198 204. (in Chinese))