大直徑盾構隧道施工的實測分析

胡 浩

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，浙江 杭州 311265）

大直徑盾構隧道施工內容較為復雜，對周圍環境以及自身的影響較大。馬乾瑛考慮了盾構掘進過程中形成土拱效應的條件，討論了粘聚力、內摩擦角和隧道埋深對地表沉降的影響；張運強通過引入不同種類土體的參數，掌子面地表位移釋放率以及地表縱向沉降最大斜率，提出不同土體中雙洞盾構隧道施工引起地層三維沉降的計算公式；包蓁研究了超大直徑盾構隧道在淺覆土施工工況與急曲線施工工況下的地表沉降規律，分析了掘進參數對沉降的影響；戴洪偉采用現場監測和FLAC 3D數值模擬相結合的方法，對超大直徑曲線盾構隧道施工中周邊土體變形進行分析，得到隨著隧道掘進，地表沉降呈現反“S”形變形趨勢，與3個變形階段對應，即盾構切口到達時緩慢隆沉，盾構通過時沉降較快，盾尾脫出時沉降趨于穩定；張旭輝通過數值模擬研究與工程實測在大直徑盾構推進過程中施工參數的改變對周邊敏感性建筑物的影響規律，得到建筑物的沉降量隨注漿漿體彈性模量的增大而減小，適當加大漿體的彈性模量有利于建筑物的保護；注漿壓力在一定范圍內的變化會對周邊敏感性建筑物產生較大影響。

引起隧道橫向變形發展的因素很多，有隧道拼裝施工方面的原因等。通過對以往實際工程的總結分析，引起隧道產生較大橫向變形的因素主要有兩類：一類是由隧道上方壓載引起；另一類則是由隧道兩側施工擾動土體引起。如果這兩種情況同時發生，其對隧道變形的影響將更加顯著。襯砌環在受到注漿壓力和土壓力的作用下，很快成為具有一定橢圓度的橢圓，其變形主要是管片接頭部位的轉動及接頭處混凝土的壓縮變形，管片其余部位的變形較小，且管片接頭對彎矩的承載能力有嚴重的非線性。

1 工程概況

以艮山東路大直徑過江隧道工程為例，該工程地處杭州市，其中包含過江隧道、工作井、明挖段基坑。現對該工程中盾構隧道推進過程中對周圍環境及結構本身的影響進行分析。圖1為隧道拱頂沉降監測剖面圖，圖2為隧道水平位移監測剖面圖，表1為土層分布表。

表1 土層分布表

圖1 隧道結構拱頂沉降監測點布設示意圖

圖2 測距儀收斂測量示意圖

2 周邊地表沉降

盾構進出大堤30 m范圍內加密為每10 m布設一監測斷面，對稱于軸線左右間隔3 m、4 m、5 m、5 m、5 m、5 m分別布設測點。

如圖所示分別為圖3、圖4、圖5、圖6處周邊地表沉降的變化圖，隨著盾構隧道的推進，地表沉降值不斷變大，最后穩定不變。隧道的正上方處定為0軸線，沉降值由中間往兩邊遞減，呈凹曲線狀；0軸線處的地表沉降值最大，左線的最大值為23.5 mm，右線的最大值為11.2 mm，兩者相差較大，在同一平面的不同線路上的地表沉降，左線的最大值約為右線的2倍。

圖3 Z1388周邊地表沉降

圖4 Z1393周邊地表沉降

圖5 Y1418周邊地表沉降

圖6 Y1393周邊地表沉降

左線的地表沉降在隧道外27 m處有5.6 mm，說明左線盾構隧道施工時對地表的影響范圍超過27 m，（即2倍隧道盾構直徑），后續需再向外增加測點，以得到盾構施工時對地表沉降的影響范圍，右線的地表沉降在隧道外27 m處的值在3 mm以內，說明右線盾構隧道施工時對地表的影響范圍在27 m（即2倍隧道盾構直徑）以內。

3 拱頂沉降

圖7為盾構隧道貫通后，右線各個環上管片的拱頂沉降值和擬合曲線，如圖可知：盾構貫通后，拱頂沉降的最大值為-12.3 mm，最小值為-6.5 mm，在兩端的拱頂沉降最大，大致呈“拱形”，圖中的擬合曲線能較好地反映盾構結束后各個管片的拱頂沉降值。

圖7 右線隧道不同位置的拱頂沉降

圖8為盾構隧道貫通后，左線各個環上管片的拱頂沉降值和擬合曲線，如圖可知：盾構貫通后，拱頂沉降的最大值為-9.1 mm，最小值為-5.4 mm，在兩端的拱頂沉降最大，大致呈“拱形”，圖中的擬合曲線能較好地反映盾構結束后各個管片的拱頂沉降值。

圖8 左線隧道不同位置的拱頂沉降

結合左線和右線的貫通后的拱頂沉降可知：拱頂沉降沿隧道方向大致呈“拱形”，右線的拱頂沉降整體略大于左線的拱頂沉降。

4 水平位移

如圖9、圖10分別為左線、右線水平位移與管片位置的關系圖，如圖所示：左線變形較大時，右線的變形較小；右線的變形較大時，左線的變形較小；當左線右線變形均相對較小時，其變形量幾乎相等。左線的水平變形基本在-3～2 mm之間波動，右線的水平位移基本在-3～3 mm之間波動，水平位移值基本在規范要求以內。

圖9 左線管片位置與水平位移之間的關系

圖10 右線管片位置與水平位移之間的關系

5 結論

（1）此工程中隨著盾構的推進，地表沉降呈現出凹性狀，在隧道正上方處達到最大值，左線的最大值為23.5 mm，右線的最大值為11.2 mm，在同一平面的不同線路上的地表沉降，左線的最大值約為右線的2倍。

（2）左線盾構隧道的影響范圍超過2倍盾構直徑，需往外加強監測；右線盾構隧道的影響范圍在2倍盾構直徑內。

（3）拱頂沉降沿隧道方向大致呈“拱形”，右線的拱頂沉降整體略大于左線的拱頂沉降。水平位移基本在3 mm以內波動，基本滿足規范要求。