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 滕麗

 (上海市地下空間設計研究總院有限公司，上海200020)

摘要：以南京至高淳城際快速軌道南京南站至祿口機場段TA01-2標工程為背景，應用地面出入式盾構(gòu)法隧道技術(shù)( GPST)，在負覆土、淺覆土工況下針對隧道管片和周圍土層進行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明：地面出入段隧道變形控制在0.4%以內(nèi)，盾構(gòu)超淺覆土區(qū)段掘進與淺覆土工況下的發(fā)展趨勢相一致。通過分析獲得負覆土]_況下穩(wěn)定后的橫斷面地表變肜曲線分布規(guī)律。研究結(jié)果為盾構(gòu)施工過程的參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)，使盾構(gòu)施T對周圍土體的影響處于可控狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：地面出入式盾構(gòu)法隧道技術(shù)(GPST)；監(jiān)測；隧道變形

中圖分類號：U455.43 文章編號：1004-4655( 2016) 03-0100-04

 “地面出入式盾構(gòu)法隧道技術(shù)( Ground Penetrating Shield Technology，簡稱GPST)”是指

盾構(gòu)從地表始發(fā)，在淺覆土條件下掘進，最后在目標地點從地表到達…。GPST施T的重大難點之一就是如何控制進出地面端的地表沉降和隧道變形。本文以南京至高淳城際快速軌道南京南站至祿口機場段TA01-2標工程為背景，針對GPST隧道負覆土、淺覆土施工中，面臨的土層管片受力不均衡、受施工影響敏感性較強等問題進行監(jiān)測，并進行分析研究，為GJPST施工參數(shù)設定和質(zhì)量控制提供參考。

1工程概況

 GPST示范應用工程位于南京至高淳城際快速軌道南京南站至祿口機場段TA01-2標秣陵站至將軍路站區(qū)間過渡段，位于既有的將軍大道上，右線（盾構(gòu)到達）盾構(gòu)段長約123.659 m，左線（盾構(gòu)始發(fā)）盾構(gòu)段長約124.591 m，工程平面示意圖見圖1。本區(qū)間隧道盾構(gòu)段采用一臺直徑6.34 m的GPST土壓平衡盾構(gòu)先從秣將區(qū)間盾構(gòu)T作井南端頭井右線始發(fā)，沿將軍大道向南掘進至導坑地面接收和調(diào)頭后，于左線盾構(gòu)地面始發(fā)，在秣將區(qū)間盾構(gòu)工作井接收。隧道斷面主要處于①-2素填土、②-3C2粉土、②-1b2粉質(zhì)黏土、④-1b1粉質(zhì)黏土、J31-1全風化

安山巖、J31-2強風安山層中，現(xiàn)場檢測地下水靜止水位埋深為2.4 m。隧道管片采用雙面楔型環(huán)錯縫拼裝，管片內(nèi)徑5.5 m、外徑6.2 m、壁厚0.35 m、環(huán)寬1.2 m。

2施工監(jiān)測內(nèi)容

 施工監(jiān)測圖見圖2和圖3，監(jiān)測區(qū)域分布在接近導坑端的負覆土和淺覆土區(qū)域，A斷面為-0.3D（D為隧道直徑）覆土工況，B斷面為零覆土工況，C和D斷面為0.3D覆土工況，E斷面為0.5D覆土工況。監(jiān)測內(nèi)容可分為隧道管片監(jiān)測和周圍土層監(jiān)測兩大部分，監(jiān)測內(nèi)容一覽表見表1。通過管片監(jiān)測，掌握盾構(gòu)地面出入段施工中管片受土壓力情況、鋼筋內(nèi)力分布、螺栓內(nèi)力分布、變形情況等。通過土層監(jiān)測，掌握盾構(gòu)從施工二到后期穩(wěn)定過程中，周圍土層的土體變形、土壓力的變化、孔隙水壓力、地面沉降情況。

3施工裝備和施工參數(shù)

3.1盾構(gòu)裝備

 工程采用1臺46 380 mm GPST專用土壓平衡盾構(gòu)施工。刀盤的形式為輻條式，開口率為60%。盾構(gòu)主機身后部設置管片穩(wěn)定裝置，設計支撐8環(huán)的管片，采用撐靴板外圈加滾輪形式，每塊管片保證一個滾輪支撐，最大支撐直徑5500 mm，滾輪可向外調(diào)節(jié)50 mm。該裝置能夠很好地對脫出盾尾的8環(huán)管片進行支撐。

3.2施工參數(shù)

 從0.5D覆土到負覆土的掘進過程中，需對盾構(gòu)施工參數(shù)的設定和控制技術(shù)進行研究。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進行分析研究，以獲得合理可行的施工參數(shù)，設定施工控制技術(shù)。各覆土工況盾構(gòu)施工主要參數(shù)如表2所示。

4監(jiān)測結(jié)果與分析

4.1成環(huán)隧道變形分析

 根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)重點分析0.5D覆土段、0.3D覆土段和零覆土段的單環(huán)成環(huán)隧道變形情況。地面出入段不同工二況隧道管片變形匯總示意圖見圖4。

 1)超淺覆土段隧道變形。0.5D和0.3D覆土段管片變形規(guī)律一致（見圖5），在拼裝階段為橫向變形，脫出盾尾后在受穩(wěn)定裝置作用下（橫坐標1～7范圍），橫向變形逐步減小，在穩(wěn)定裝置末端趨于整圓，后期保持良好，變形量在0.1%左右。

 2)零覆土段隧道變形。零覆土段隧道管片在拼裝階段為橫向變形，脫出盾尾后在受穩(wěn)定裝置作用下，橫向變形逐步減小，在穩(wěn)定裝置末端偏于整圓，但后期又轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向變形，變形量在0.2%左右（見圖6）。

3)負覆土段隧道變形。-0.3D覆土段為橫向變形，在穩(wěn)定裝置內(nèi)，隧道橫向變形減小，在管片脫出穩(wěn)定裝置后，周邊土體約束力很小，使得橫向變形變大，但總體變形量在0.3%左右（見圖7）。

4.2地面土體變形狀況

 GPST盾構(gòu)機采用的大開口率和土體改良措施對南京的粉土和粉質(zhì)黏土適應性較好，土體擾動較小。0.5D覆土地面沉降在±5 mm以內(nèi)（見圖8）。土體分層沉降影響也非常小，盾構(gòu)切口到達前10環(huán)左右，隆沉開始變化，在切口到達和盾尾脫出時，產(chǎn)生4~8 mm的隆起，以隧道左側(cè)和上方為例（見圖9～圖1 1）。

盾構(gòu)在進入0.3D 工況后，盾構(gòu)機對周圍土層的擾動加大，隧道底部的土層沉降有70 mm，隧道中部的土體沉降為28 mm，但隧道頂部的土體分層沉降只有8 mm。隧道中心右側(cè)的土體變形在30 mm左右，沿著盾構(gòu)推進方向的位移在切口到達時有50 mm（見圖12）。

5對超淺覆土和負覆土工況地表變形的分析

 圖13~圖14給出零覆土左線22環(huán)監(jiān)測斷面取變形穩(wěn)定后橫斷面地表沉降分布有限元數(shù)值計算與實測數(shù)據(jù)的對比結(jié)果。從橫斷面沉降曲線分布結(jié)果可以看出橫斷面中心處地表累計沉降值最大；沉降量、隆起量沿著隧道中心線呈對稱分布；沉降主要分布在距軸線兩側(cè)各10 m范圍內(nèi)，距軸線15 m以外區(qū)域幾乎不受影響。

 隧道縱斷面沉降數(shù)值計算結(jié)果與實測地表沉降數(shù)據(jù)比較如圖15所示，盾構(gòu)機在該區(qū)段正常掘進時所引起的最終地表沉降值控制在-3～-6 mm。

 實測沉降值與數(shù)值計算結(jié)果見圖15，圖16中橫坐標代表計算點到開挖面的距離，開挖面位于圖中橫坐標為0處，距離為正值時代表已開挖，距離為負值時表示尚未開挖。從圖16計算的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出：盾構(gòu)掘進縱向主要影響區(qū)域為刀盤前方15 m至盾構(gòu)刀盤后方30 m的距離，其中顯著影響區(qū)域為刀盤前方10 m左右至盾構(gòu)刀盤后方20 m左右位置區(qū)間，其間沉降量約占總沉降量的90%以上，刀盤后方25 m處沉降基本趨于穩(wěn)定。最大累計沉降值在-5mm以內(nèi)。

6結(jié)語

 本文通過監(jiān)測，得到地面出入式盾構(gòu)隧道施工法盾構(gòu)推進過程中隧道變形、周圍土體的位移場和隧道縱、橫斷面地表沉降曲線。監(jiān)測結(jié)果表明：地面出入段隧道變形控制在0.4%以內(nèi)，盾構(gòu)于超淺覆土區(qū)段掘進其縱向地表沉降過程與盾構(gòu)于淺覆土掘進地表縱向沉降發(fā)展趨勢及速率大體一致。研究結(jié)果可為盾構(gòu)出入地面段施工過程的參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)，從而使盾構(gòu)施工對周圍土體的影響處于可控狀態(tài)。