盾構開挖對后方管片壓力擾動監測

蘇稚寅（上海隧道工程有限公司，上海 200238）

隨著我國地下工程的不斷發展，盾構隧道以其施工受地面環境影響小、機械化程度高和開挖面控制精度高等獨特的優越性，在開挖施工中得到了廣泛應用[1]。在盾構法開挖過程中，盾構管片的受力分析和研究是重要的一環，朱合華等[2]考慮了盾尾注漿在施工過程中的凝固過程，指出注漿分布形式對管片的內力影響較大；石少剛[3]分析了盾殼的擠壓對管片受力的影響，他們通過理論模型分析，對管片荷載分布模式進行了探索和總結。就目前而言，盡管較多學者對于管片所承受的各種荷載作出了大量研究，但盾構開挖對后方管片壓力擾動的監測成果目前尚不完備。

本文基于江南大道改造提升工程，采用土壓力計監測大盾構開挖對后方管片的壓力擾動。

1 工程概況

江南大道改造提升工程（西興立交～中興立交）區間隧道為地下盾構區間，圓隧道段線路出西北、西南工作井后向東進入江南大道，線路位于江南大道下方，與杭州地鐵 6 號線并行。隧道外徑 11.36 m，內徑 10.36 m，環寬 2 m，管片厚度 500 mm，線路最大縱坡 40‰，最小轉彎半徑 800 m。整個施工過程中與多處已建工程存在并行段，主要為江漢路站～江陵路站區間、江陵路站～星民站區、原 1 號線江陵路站、區間管線以及地層建筑。

在穿越江漢路站～江陵路站區間時，北線從 600 環起逐漸完全進入砂層（⑧3 粉砂、(12)1 粉砂）和礫層（(12)4 圓礫土層），如圖 1 所示。兩種地層均屬于不利地層，其中粉砂在水動力條件和盾構掘進作用下，易產生管涌、流砂及振動液化現象，從而降低土層結構強度；而在圓礫層中施工不僅會造成掘進速度緩慢、刀具磨損嚴重還會造成開挖面坍塌，地層參數如表 1 所示。同時，這些開挖所產生的直接影響還將進一步影響已完成拼裝的襯砌，因此有必要對已完成拼裝的部分襯砌進行壓力監測試驗。

表1 部分地層參數

圖1 與江漢路站～江陵路站區間并行段

2 監測方案

2.1 主要試驗裝置

試驗采用微型土壓力盒測量土體受擾動后的壓力，其直徑 28 mm，厚度 7.5 mm，采用后出線形式。

測量系統采用 DH 3828 分布式信號測試分析系統測量管片外弧面土壓力，采集系統分為采集器模塊、控制器、采集電腦。每個采集器有 6 個采集通道，最高采樣速率 1 kHz。

2.2 安裝布置方案

通過將土壓力計安裝于固定的管片上用以監測盾構在開挖時此環所受的土壓力變化。試驗土壓力計布置于 655 環以及 706 環，土壓力盒布置位置如圖 2 所示，圖中下方帶有2016 等數字字樣標注的短橫為土壓力計安裝位置，每一環管片布置 6～7個測點。土壓力計在管片生產時進行安裝，在管片澆筑時留有預埋件，待管片養護完成后，拆下預埋件并安裝土壓力計，安裝完畢后采用混凝土對孔位進行封堵。

圖2 土壓力盒布置位置圖

3 試驗數據分析

由于土壓力計的監測目的在于觀測對土體造成的擾動，采用了相對土壓力可以更為直觀的觀測土壓力計的變化，因此土壓力計的數據圖的初始值均在零點附近。由于部分土壓力計在監測監測過程中出現了損壞和數據丟失，因此選擇具有代表性的數據進行分析。

圖 3 為 655 環部分數據圖，共采集 10 h，監測開始時，該環盾尾刷已過且注漿已結束。在監測的全過程中，大部分開挖段均為砂層段，受周遭環境以及開挖的擾動影響，且土壓力計本身的靈敏性使得數據整體存在一定的波動趨勢。在監測時間段內，壓力的擾動普遍＜80 kPa，2010 號土壓力計（右上側）受擾動影響最大，相對壓力最大約為100 kPa。

圖3 655 環土壓力計數據圖

706 環共計監測 9 h，選取其中 3 處土壓力計進行分析，如圖 4 所示。監測時間初期，由于該環仍在注漿，導致采集初期出現了壓力上升，最大值約為 150 kPa。觀察監測時間內的開挖地質圖，706 環后圓礫層的比重逐漸上升，導致了706 環數據波動幅度也隨之上升，2003 號（右上側）受其影響最大，相對壓力最大高達 250 kPa。對比圖 5 和圖 6 的數據，可以發現隨著圓礫層占比重的逐漸增加，其對后方壓力的影響也逐漸增大，且影響的最大區域均在右上側管片。

圖4 706環土壓力計數據圖

4 結 語

（1）監測了盾構開挖砂層時對后方 655 環壓力的影響，壓力最大增長幅度為 100 kPa；監測了盾構開挖砂礫混合層時對后方 706 環壓力的影響，壓力最大增長幅度為250 kPa。

（2）隨著圓礫層占比重的逐漸增加，開挖時對后方管片壓力的影響也逐漸增大。

（3）盾構開挖對 655 環和 706 環壓力影響的最大區域均在右上側管片。