近距側穿地鐵車站時盾構對土體的擾動分析

蔡 衛 兵

(鎮江索普建筑安裝工程有限責任公司，江蘇 鎮江 212024)

近距側穿地鐵車站時盾構對土體的擾動分析

蔡 衛 兵

(鎮江索普建筑安裝工程有限責任公司，江蘇 鎮江 212024)

以上海地鐵7號線某側穿地下連續墻的區間隧道工程為背景，對隧道周圍的孔隙水壓力、土體水平位移現場監測數據進行了分析，得出了盾構掘進對周圍土層的影響規律，可為今后類似工程施工提供重要的技術參考與借鑒。

近接施工，盾構掘進，現場監測

盾構法是暗挖隧道的專用機械在地面以下建造隧道的一種施工方法[1]。盾構法在國內通過若干年的實踐，在施工技術上的不斷改進，機械化程度越來越強，對地層的適應性也越來越好。盾構法尤其是在建筑公用設施密集，交通繁忙的城市市區，建設城市地下鐵道、上下水道、電力通訊、市政公用設施等各種隧道具有明顯優點。

盾構施工對土體不可避免地造成擾動。土的擾動是指由于外界機械作用造成的土的應力釋放，體積、含水量或孔隙水壓力的變化，特別是土體結構的破壞和變化[2-4]。目前城市地鐵工程建設所面臨的周圍環境越來越復雜，穿越障礙物或近距離通過既有建(構)筑物的情況也越來越多。盾構掘進是通過擾動周圍土體，改變地層位移場、應力場，對已有建(構)筑物產生影響。在周圍復雜環境下，掌握和認識盾構掘進引起的周圍土體的擾動規律，既能有效確保工程的安全順利進行，又能降低對周邊環境的影響。

1 工程概況

上海軌道交通7號線區一區間隧道采用土壓平衡盾構法施工，一臺盾構機從某工作井進洞，沿著隧道軸線往前掘進，至白楊路站出洞。本文研究對象是靠近白楊路站接受井前的一段掘進距離，如圖1所示。掘進線路旁存在一段已建地鐵車站的地下連續墻，隧道與連續墻的最近距離只有3.8 m。隧道主要通過的土層為：第④1層飽和軟粘性土(局部為第⑤1層)。均屬高含水量、高壓縮性、低強度、低滲透性的飽和粘性土。

2 測點布置

在距離白楊路站地下連續墻20 m范圍內布設四個測點，測點的平面位置如圖2所示。其中，G1，G2測點用來觀測土體深層水平位移，通過鉆孔埋設的直徑為70 mm測斜管觀測，測斜管底部距地表29 m；K1,K2測點用來觀測土體孔隙水壓，采用鉆孔埋設的孔隙水壓計觀測，孔隙水壓計埋設在對應隧道軸線處，K1,K2的標高分別為-12 m,-12.2 m。

3 監測結果及分析

3.1 孔隙水壓力

圖3，圖4分別表示了推進過程中盾構機頭與K1，K2不同距離時測得的孔隙水壓計數值變化的情況。橫坐標表示盾構機頭距離測點的距離，縱坐標表示不同距離的孔隙水壓，這里的孔隙水壓是扣除初始孔隙水壓后由于盾構推進擠壓而產生的超孔隙水壓。

1)K1。圖3是盾構推過K1前后孔隙水壓值變化的情況，K1的值基本呈正態分布變化，在D=+12 m～-12 m范圍內，K1變化比較顯著。在盾構通過K1前后其值達到最大，最大孔隙水壓變化值為77.8 kPa，盾構推進速度的減小有效緩解了孔隙水壓積聚的情況。盾構完全出洞后K1變化值為31 kPa，60 d后，超孔隙水壓已基本完全消散，穩定在20 kPa左右。

2)K2。圖4是盾構推過K2前后孔隙水壓值變化的情況，同樣，K2的值基本呈正態分布變化，在D=+13 m～-12 m范圍內，K2變化比較顯著。K2的最大孔隙水壓變化值為69.7 kPa，在盾構通過K2前后其值達到最大。盾構完全出洞60 d后測得K2變化值穩定在10 kPa左右。

3.2 土體深層水平位移

圖5,圖6分別表示測點G1,G2處深層土體位移隨盾構推進距離變化的情況。圖中D表示盾構機頭與相應測點的距離，正值表示沿盾構機頭掘進方向未經過該測點前的距離，負值表示經過該測點后的距離。兩圖中的橫坐標是不同距離處測得的土體深層水平位移，大于零的位移表示偏向地鐵車站方向，小于零的位移表示偏向正在掘進的隧道方向。

1)G1。圖5表示了推進過程中，盾構機頭與G1三種不同距離時的土體深層水平位移值。由圖5可看出，三條位移曲線的整體趨勢是測斜管口附近向地下連續墻方向偏移，隧道軸線附近的位移往盾構推進一側偏移。盾構推進對此處土體擾動程度較輕，管口和軸線處的最大位移值都發生在D=-14.4 m處，管口處的最大值約為10 mm，軸線處的最大值約為5 mm。

2)G2。圖6表示了推進過程中，盾構機頭與G2三種不同距離時的土體深層水平位移值。由圖6可看出，盾構推過測點G2前后，該處的土體受到的擾動較大。三條位移曲線表現出了不同的變化規律，D=14.4 m時，位移曲線整體都往地下連續墻方向偏移，最大位移發生在管口附近，約為20 mm；而D=0 m及D=-12 m的位移曲線整體是往盾構推進一側偏移，最大位移發生在隧道軸線附近，約為15 mm。

4 結語

1)隨著盾構與孔壓計距離的接近，K1,K2值基本呈正態分布變化，在D=+13 m～-12 m范圍內變化比較顯著，在盾構通過孔隙水壓計前后其值達到最大，K1與K2的最大值分別為77.8 kPa，69.7 kPa。另外，盾構推進速度對孔隙水壓影響較大。

2)盾構掘進對G1處位移影響較小，最大位移發生在管口處，約為10 mm，G2測點處深層土體位移影響較大，在通過測點G2前后，土體水平位移產生了往復的波動，波動的最大絕對值為25 mm。G1及G2處土體位移與之間D的無明顯變化規律可遵循。

3)由于鄰近地下連續墻的存在，盾構 掘進對周圍土體的擾動程度隨著隧道軸線與連續墻距離的減小而增大。

[1] 劉建航,侯學淵.盾構隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1991.

[2] 易宏偉,孫 鈞.盾構施工對軟粘土的擾動機理分析[J].同濟大學學報,2000,28(3):277-281.

[3] 張 云,殷宗澤,徐永福.盾構法隧道引起的地表變形分析[J].巖石力學與工程學報,2002,21(3):388-392.

[4] 蔣洪勝,侯學淵.盾構掘進對隧道周圍土層擾動的理論與實測分析[J].巖土力學與工程學報,2003,22(9):514-520.

On perturbation analysis of shielding on soil of low coverage side-crossing at subway stations

Cai Weibing

(ZhenjiangSuopuArchitecturalInstallationEngineeringCo.,Ltd,Zhenjiang212024,China)

Taking the section tunnel project of some side-crossing underground continuous walls along No.7 Shanghai Subway as the background, the paper analyzes the site inspection data of surrounding pore water pressure of tunnels and the soil horizontal displacement, and concludes the influential law of shielding on surrounding soil layers, so as to provide important technical reference for similar projects.

approach excavation, shield jacking, site inspection

2015-02-27

蔡衛兵(1967- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0190-03

U445.43

A