運(yùn)營期地鐵盾構(gòu)隧道管片收斂整治過程變形特征分析

王群敏 吳 勇 王燁晟 盧建軍

(1. 浙江華東工程安全技術(shù)有限公司，311122，杭州；2. 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 311122， 杭州//第一作者，高級工程師)

1 工程概況

地鐵運(yùn)營隧道受前期施工、運(yùn)營荷載和運(yùn)營環(huán)境等綜合因素的影響，管片通常會出現(xiàn)裂損、變形、錯(cuò)位和滲漏等多種病害[1-4]。因此，對地鐵隧道管片的維修整治顯得尤為重要。

某地鐵盾構(gòu)隧道在運(yùn)營期出現(xiàn)管片襯砌幾何形態(tài)異常以及變形較大等問題，相關(guān)部門針對上述問題對管片襯砌變形較大的區(qū)域進(jìn)行了專項(xiàng)病害整治，獲得了該盾構(gòu)隧道在管片收斂整治過程中的變形特性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地鐵盾構(gòu)隧道在2014年12月25日—2015年5月10日運(yùn)營期間，共完成地面注漿孔363個(gè)。其中，上行線注漿孔為191個(gè)，下行線注漿孔為104個(gè)，上行線隧道與下行線隧道中間位置的注漿孔為68個(gè)。盾構(gòu)管片收斂整治微擾動注漿范圍為：上行線為330～395環(huán)，下行線為340～375環(huán)。由于該區(qū)間存在聯(lián)絡(luò)通道，所以注漿時(shí)應(yīng)避開聯(lián)絡(luò)通道，優(yōu)先對變形量較小的位置進(jìn)行注漿，取得相應(yīng)參數(shù)后，再對變形量較大區(qū)域進(jìn)行施工。

該地鐵區(qū)間隧道覆土厚16.15 m，產(chǎn)生沉降的隧道區(qū)域及聯(lián)絡(luò)通道底部土質(zhì)為④3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。隧道下部為軟臥層，厚 8 m；軟臥層含水量較高，為45.7%；壓縮模量非常低，為2.48；標(biāo)貫擊數(shù)僅為1.6。該土層土質(zhì)蠕變性非常敏感，且自身強(qiáng)度非常低，周邊施工對土體擾動以及對隧道沉降與收斂影響非常明顯。

2 監(jiān)測方案

監(jiān)測范圍為地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道下行線310～405環(huán)。其中，在340～375環(huán)注漿區(qū)域，每2環(huán)布置1個(gè)監(jiān)測斷面，以及兩端各延伸30環(huán)每5環(huán)布置1個(gè)監(jiān)測斷面，共39個(gè)監(jiān)測斷面。每個(gè)斷面設(shè)立5塊監(jiān)測點(diǎn)棱鏡，分別位于隧道管片中腰兩側(cè)和隧道頂部(測試管徑收斂)、道床兩側(cè)軌道邊(測試隧道水平位移和豎直位移)。監(jiān)測點(diǎn)布置示意如圖1所示。監(jiān)測工作從2014年12月底開始，到2015年5月10日注漿結(jié)束。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

3 地鐵隧道管片收斂整治變形規(guī)律

對地鐵隧道管片收斂整治變形進(jìn)行了自動化監(jiān)測。在注漿前，對監(jiān)測范圍內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行一次監(jiān)測;在注漿過程中，對注漿范圍內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測頻率為一天一次;注漿完成后對監(jiān)測范圍內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)再監(jiān)測一次。

3.1 水平位移

典型斷面在管片收斂整治期間，管片水平位移時(shí)程曲線見圖2，水平位移分布曲線見圖3。注漿結(jié)束時(shí)各斷面的水平位移統(tǒng)計(jì)見表1。由圖2～3和表1分析得到水平位移的動態(tài)變化規(guī)律主要有：①各個(gè)斷面的水平位移變化特征均不同，當(dāng)隧道收斂整治注漿靠近監(jiān)測斷面時(shí)，水平位移有明顯的突變增加，當(dāng)注漿位置稍遠(yuǎn)離監(jiān)測斷面時(shí)，水平位移的突變增加減弱；②注漿結(jié)束時(shí)，最大水平位移主要發(fā)生在第352環(huán)(即注漿區(qū)間中部位置)；③注漿區(qū)間中部水平位移由逐漸增大，逐步演變?yōu)橹虚g正向水平位移逐漸減小，兩側(cè)負(fù)向水平位置逐漸增大。

3.2 道床沉降

在管片收斂整治期間，管片典型監(jiān)測斷面的道床沉降時(shí)程曲線見圖4，道床沉降分布曲線見圖5。注漿結(jié)束時(shí)各斷面道床沉降統(tǒng)計(jì)見表2。由圖4～5和表2分析得到道床沉降的動態(tài)變化規(guī)律主要有：①注漿區(qū)間各個(gè)斷面的道床沉降受注漿影響均有不同程度的增大，而在距注漿區(qū)域10環(huán)外的斷面道床沉降幾乎無影響；②注漿結(jié)束時(shí)，最大道床沉降主要發(fā)生在358環(huán)(注漿區(qū)間中部位置)；③道床沉降變化特征為注漿區(qū)間道床中部沉降逐漸增大，且增大趨勢逐漸減緩。

圖2 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的水平位移時(shí)程曲線圖

圖3 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的水平位移分布曲線圖

監(jiān)測斷面位移量/mm監(jiān)測斷面位移量/mm監(jiān)測斷面位移量/mmX320-1.00X35011.42X3693.12X325-1.70X35212.45X3711.86X330-2.62X35412.31X3731.22X335-0.75X35611.20X3750.36X3403.39X35811.95X3800.04X3424.24X36010.62X385-3.93X3446.27X363 8.56X390-3.35X3457.95X365 5.80X395-2.52X3488.40X367 6.24X400-1.78

圖4 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的道床沉降時(shí)程曲線圖

圖5 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的道床沉降分布曲線圖

3.3 水平收斂

在管片收斂整治期間，管片典型監(jiān)測斷面的水平收斂時(shí)程曲線見圖6，水平收斂分布曲線見圖7。注漿結(jié)束時(shí)各斷面水平收斂統(tǒng)計(jì)見表3。由圖6～7和表3分析得到水平收劍后動態(tài)變化規(guī)律主要有：①注漿區(qū)間各個(gè)斷面受注漿影響，水平收斂基本向隧道內(nèi)變形，而在距注漿區(qū)域20環(huán)外的斷面水平收斂幾乎無影響；②注漿結(jié)束時(shí)，最大水平收斂主要發(fā)生在356環(huán)(注漿區(qū)間中部位置)；③水平收斂變化特征為注漿區(qū)間中部位置斷面向內(nèi)水平收斂增大，兩側(cè)位置斷面向內(nèi)水平收斂減小。

圖6 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的水平收斂時(shí)程曲線圖

圖7 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的管片水平收斂分布曲線圖

監(jiān)測斷面沉降量/mm監(jiān)測斷面沉降量/mm監(jiān)測斷面沉降量/mmX320-0.15X350-6.87X369-2.33X3250.45X352-8.01X371-2.11X330-0.26X354-8.28X373-1.37X335-1.11X356-7.43X375-1.72X340-3.83X358-8.56X380-1.67X342-4.24X360-7.16X385-0.38X344-4.87X363-6.06X3900.07X345-5.28X365-5.21X395-0.82X348-6.14X367-4.04X400-0.23

表3 注漿結(jié)束時(shí)各監(jiān)測斷面水平收斂統(tǒng)計(jì)表

3.4 豎直收斂

在管片收斂整治期間，管片典型監(jiān)測斷面的豎直收斂時(shí)程曲線見圖8，豎直收斂分布曲線見圖9。注漿結(jié)束時(shí)各監(jiān)測斷面豎直收斂統(tǒng)計(jì)見表4。由圖8～9和表4分析得到管片豎直收斂的動態(tài)變化規(guī)律主要有：①注漿區(qū)間各個(gè)斷面受注漿影響，豎直收斂基本向隧道外變形，而在20環(huán)外的斷面豎直收斂幾乎無影響；②注漿結(jié)束時(shí)，最大豎直收斂主要發(fā)生在358環(huán)(注漿區(qū)間中部位置)；③豎直收斂變化特征為注漿區(qū)間中間向外收斂大，兩側(cè)向外收斂小。

圖8 典型監(jiān)測斷面在注漿期間的豎直收斂時(shí)程曲線圖

圖9 典型監(jiān)測斷面在注漿期間管片豎直收斂分布曲線圖

監(jiān)測斷面收斂量/mm監(jiān)測斷面收斂量/mm監(jiān)測斷面收斂量/mmX320 1.37X35028.77X36912.94X325 2.99X35233.16X37110.60X330 6.92X35433.61X373 8.46X33510.80X35633.50X375 7.59X34018.23X35834.44X380 5.76X34221.34X36030.79X385 3.57X34423.71X36323.95X390 1.83X34525.24X36519.41X395 1.72X34826.30X36716.05X400-0.39

4 結(jié)論

該區(qū)間下行線隧道管片收斂整治施工過程中，由注漿引起的運(yùn)營盾構(gòu)隧道變形規(guī)律總結(jié)如下：

(1) 微擾動注漿整治對盾構(gòu)隧道治理效果為：注漿區(qū)間中部朝著注漿位置反方向水平位移，兩端向注漿位置方向水平移動；注漿引起隧道沉降，且呈明顯的注漿區(qū)間中部沉降大，兩端沉降??；隧道形狀逐漸由壓扁狀向撐圓狀變化，水平收斂近似等同于豎直收斂，且受隧道所處的周圍土壓力影響，豎直收斂量略大于水平向收斂量。

(2) 盾構(gòu)隧道管片收斂整治微擾動注漿施工的影響范圍：水平位移和道床沉降為10環(huán)，水平收斂和豎直收斂為20環(huán)。

(3) 受注漿施工疊加影響，最大水平位移、道床沉降、水平和豎直收斂均發(fā)生在注漿區(qū)間中部位置，分別位于352環(huán)(最大水平位移為12.45 mm)、358環(huán)(最大道床沉降-8.56 mm)、356環(huán)(最大水平收斂位移為-33.54 mm)和358環(huán)(最大豎直收斂位移為34.44 mm)。

(4) 受注漿施工影響，隧道管片的水平位移和道床沉降在施工前期增長較快，后期增長緩慢；水平收斂和豎直收斂在施工前期增長較慢，而后期增長較快。