運營隧道管片錯臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計及規(guī)律分析

摘" 要：該文依托杭州某鄰近運營地鐵隧道的基樁施工工程，對鄰近樁基施工后管片錯臺進行分析，得到結(jié)果為施工后左右線隧道管片腰部的錯臺量較大。鄰近樁基施工對附近錯臺量較大的管片有抑制其繼續(xù)擴大的趨勢，而對于錯臺量較小或者無錯臺的管片則會影響其發(fā)生錯臺。

關(guān)鍵詞：運營隧道；隧道管片；錯臺量；樁基施工；水平位移

中圖分類號：TU997" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0092-05

Abstract： In this paper， based on the foundation pile construction project of a nearby subway tunnel in Hangzhou， the faulting of slab ends of the segment after the construction of the adjacent pile foundation is analyzed， and the results are as follows： There is a large amount of faulting of slab ends at the waist of the tunnel segment on the left and right lines after construction. The construction of adjacent pile foundation has a tendency to restrain the expansion of the segment with a large number of faults nearby， while the segment with less or no fault will affect the occurrence of the fault.

Keywords： operating tunnel; tunnel segment; number of faulting of slab endss; pile foundation construction; horizontal displacement

隨著國內(nèi)外地鐵盾構(gòu)隧道的大量建設(shè)和運營，盾構(gòu)隧道縱向變形問題逐漸凸現(xiàn)，嚴重影響著隧道結(jié)構(gòu)的安全[1-3]。魏綱等[4]對基坑開挖引起下臥盾構(gòu)隧道轉(zhuǎn)動與錯臺變形進行了計算分析。肖明清等[5]研究了盾構(gòu)隧道施工過程中同步注漿漿液浮力引起的管片錯臺量變化規(guī)律。許倩倩等[6]采用數(shù)值模擬研究了同步注漿壓力作用下既有縱縫錯臺管片進一步錯臺量及其影響。許倩倩等[7]通過ABAQUS軟件建立三維有限元模型對非均勻注漿導(dǎo)致管片的縱縫錯臺量進行計算。張穩(wěn)軍等[8]通過損傷特性分析給出了超大直徑盾構(gòu)隧道封頂塊環(huán)縫錯臺閾值取值建議。李翔宇等[9]根據(jù)隧道管片環(huán)縫接頭處的詳細構(gòu)造，對管片錯臺模式下的隧道縱向變形進行了研究，建立了隧道縱向結(jié)構(gòu)變形安全評估方法，確定了相應(yīng)的控制準則和評估流程。形成了一套隧道結(jié)構(gòu)縱向變形的安全評估體系。魏綱等[10]對基坑開挖引起臨近盾構(gòu)隧道的剪切錯臺變形進行了計算研究。

本文依托杭州某鄰近運營地鐵隧道的基樁施工工程，統(tǒng)計分析了近鄰樁基施工后管片錯臺的變化規(guī)律，以及與隧道水平位移的聯(lián)合分析。

1" 工程背景

1.1" 工程概況

風(fēng)情大道改建工程項目工程位于杭州市蕭山區(qū)，部分高架樁基距離1號線區(qū)間隧道較近，1號線隧道內(nèi)徑5.5 m，外徑6.2 m，管片厚0.35 m，環(huán)寬1.2 m，隧道左右線凈距為12.2 m。高架橋樁基采用直徑為1.5 m的灌注鋼套管樁，樁端嵌巖，樁長約70.0 m，樁身進入持力層（中風(fēng)化砂巖）4.5 m。橋樁與隧道典型位置關(guān)系剖面如圖1所示，與隧道（左線）最近水平距離為5.1 m。

1.2" 工程地質(zhì)條件

本工程施工區(qū)的土體條件較為復(fù)雜，根據(jù)地勘報告，樁基施工區(qū)域從上至下土層依次為素填土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、含砂粉質(zhì)黏土、圓礫、含砂粉質(zhì)黏土、圓礫、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。土質(zhì)情況較為復(fù)雜。

2" 樁基施工后隧道管片錯臺分析

管片錯臺是指管片拼裝后同一環(huán)相鄰管片塊間或者不同環(huán)管片之間的高度偏差，前者稱環(huán)向錯臺，后者稱縱向錯臺。本工程檢測得到的均為縱向錯臺（也稱環(huán)間錯臺）。

本次湘湖站—濱康路站區(qū)間上行線（右線）隧道管片環(huán)間錯臺共檢測1 262環(huán)（1 376環(huán)～115環(huán)），下行線（左線）隧道管片環(huán)間錯臺共檢測1 262環(huán)（1環(huán)～1 262環(huán)）。正值表示錯臺向管片內(nèi)，負值表示錯臺向管片外。

圖2為橋樁施工后左線隧道管片環(huán)間錯臺3點鐘方向直方圖，圖3為橋樁施工后右線隧道管片環(huán)間錯臺3點鐘方向直方圖。由圖2、圖3可知：左線隧道管片3點鐘方向的錯臺量主要分布在-6～5 mm，占據(jù)總量的97%，向管片內(nèi)的錯臺量的范圍為0～8 mm，向管片外的錯臺量的范圍為0～7 mm，錯臺量超過7 mm的數(shù)量較少。右線隧道管片3點鐘方向的錯臺量主要分布在-6～6 mm，占據(jù)總量的97%，向管片內(nèi)的錯臺量的范圍為0～13 mm，向管片外的錯臺量的范圍為0～9 mm，向管片內(nèi)和向管片外錯臺量超過6 mm的數(shù)量較少。

圖4為橋樁施工后左線隧道管片環(huán)間錯臺9點鐘方向直方圖，圖5為橋樁施工后右線隧道管片環(huán)間錯臺9點鐘方向直方圖。由圖4、圖5可知：左線隧道管片9點鐘方向的錯臺量主要分布在-7～4 mm，占據(jù)總量的96%，向管片內(nèi)的錯臺量的范圍為0～8 mm，錯臺量超過7 mm的數(shù)量較少；向管片外的錯臺量的范圍為0～11 mm，錯臺量超過7 mm的數(shù)量較少。右線隧道管片9點鐘方向的錯臺量主要分布在-3～7 mm，占據(jù)總量的94%，向管片內(nèi)的錯臺量的范圍為0～9 mm，且錯臺量超過7 mm的數(shù)量較少；向管片外的錯臺量的范圍為0～8 mm，且錯臺量超過3 mm的數(shù)量較少。

圖6為橋樁施工后左線隧道管片環(huán)間錯臺最大值統(tǒng)計直方圖，圖7為橋樁施工后右線隧道管片環(huán)間錯臺最大值統(tǒng)計直方圖。由圖6、圖7可知：左線隧道管片環(huán)間錯臺量主要分布在0～7 mm，占據(jù)總量的98%，錯臺量超過7 mm的數(shù)量較少。右線隧道管片環(huán)間錯臺量最大值主要分布在0～7 mm，占據(jù)總量的98%，錯臺量超過8 mm的數(shù)量較少。

對大直徑橋樁施工后運營狀態(tài)下左右線隧道各環(huán)管片環(huán)間錯臺進行分析，為方便觀察分析，將實測值除以其樣本均值，得到圖8和圖9，橫坐標為環(huán)號，縱坐標為實測值與錯臺量均值的比值。

左線情況如圖8所示，從各環(huán)實測值與均值的比值分布來看，管片環(huán)間錯臺量的分布區(qū)間：3點方向為-40～37，變化區(qū)間范圍較大，統(tǒng)計變異系數(shù)為-8.6； 9點方向為-8～10，統(tǒng)計變異系數(shù)為-1.61；管片環(huán)數(shù)最大值為0～6，統(tǒng)計變異系數(shù)為0.39。

右線情況如圖9所示，從各環(huán)實測值與均值的比值分布來看，管片環(huán)間錯臺量的分布區(qū)間：3點方向為-80～80，變化區(qū)間范圍較大，統(tǒng)計變異系數(shù)為16.5；9點方向為-9～9，統(tǒng)計變異系數(shù)為1.42；管片環(huán)數(shù)最大值為0～6，統(tǒng)計變異系數(shù)為0.36。

對比分析施工后左右線的變化規(guī)律：運營隧道3點鐘方向的分布范圍較大，但右線相較于左線更為分散；隧道9點鐘方向的較為集中；隧道同一環(huán)管片錯臺最大值的分布范圍更集中，左右線的分布均為0～6之間。

表1為施工后隧道管片錯臺量概率統(tǒng)計表，對比左右線各項目的均值、最值、變異系數(shù)，分析得到如下結(jié)論。

1）左線管片3點、9點方向的錯臺主要表現(xiàn)為向管片外；右線管片3點、9點方向的錯臺主要表現(xiàn)為向管片內(nèi)。

2）右線管片的環(huán)間錯臺均值大于左線的環(huán)間錯臺均值，推斷是由于大直徑橋樁施工，距離右線較近，施工對土體的擾動影響較大，從而影響到管片之間拼接。

3）管片錯臺標準差和變異系數(shù)，左線大于右線，說明距離基樁施工越遠，隧道管片錯臺受其影響的敏感度、相對離散程度越高。

3" 樁基施工后與初始狀態(tài)下的隧道管片錯臺比較

根據(jù)樁隧距為5～12 m，即樁隧距/樁長＝0.08～0.2時，采用全套管工藝進行大直徑基樁施工；樁隧距為12～20 m，即樁隧距/樁長＝0.2～0.33時，采用半套管工藝，套管下沉超過隧道底以下1倍洞徑；樁隧距大于20 m，即樁隧距/樁長大于0.33時，采用常規(guī)旋挖鉆機進行大直徑基樁施工。統(tǒng)計大直徑橋樁樁基與右線隧道之間的距離，樁隧距為5～12 m的有249環(huán)，樁隧距為12～20 m的有306環(huán)，樁隧距大于20 m的有634環(huán)。

表2為右線（近樁）隧道管片錯臺量與樁隧距之間的統(tǒng)計表。由表3可知：當樁隧距為5～12 m時，錯臺量均值減少0.45 mm，即運營期錯臺量均值的9.7%；當樁隧距為12～20 m時，錯臺量均值減少0.8 mm， 即運營期錯臺量均值的17.4%；當樁隧距為大于20 m時，錯臺量均值減少0.64 mm，即運營期錯臺量均值的15.8%。近鄰樁基施工后，隧道錯臺量的均值減小，近鄰樁基施工對樁隧距在12～20 m處的隧道管片影響最大，其次是大于20 m隧道管片，對樁隧距在5～12 m的影響反而最小。其原因是樁基施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)，使施加在管片上的非均勻附加外力減小，與環(huán)面動摩擦力與凹凸榫接觸面的剪切抗力之和的差值減小（4 mm錯臺量為凹凸榫開始產(chǎn)生咬合作用時的控制值），使得凹榫和凸榫之間的咬合減小，錯臺量減小，說明近鄰樁基的施工在一定程度上有利于減小運營隧道的錯臺量。

對比分析施工前后左線錯臺的統(tǒng)計可知：施工后左線錯臺最大值的環(huán)數(shù)峰值由5 mm往3 mm變化，錯臺量較大的環(huán)數(shù)數(shù)量減少，錯臺量為0、1 mm的環(huán)數(shù)也相應(yīng)減少，近鄰樁基施工后管片錯臺量分布變?yōu)閮深^向中間靠攏的分布形式。對比分析施工前后右線錯臺的統(tǒng)計可知：施工后右線錯臺最大值的環(huán)數(shù)峰值由5 mm往3 mm變化，錯臺量較大的環(huán)數(shù)數(shù)量減少，錯臺量為0、1 mm的環(huán)數(shù)也相應(yīng)減少，近鄰樁基施工后管片錯臺量分布變?yōu)閮深^向中間靠攏的分布形式。綜上可知：近鄰樁基施工對附近錯臺量較大的管片有抑制其繼續(xù)擴大錯臺量的趨勢，而對于錯臺量較小或者無錯臺的管片則會影響其發(fā)生錯臺。

4" 盾構(gòu)隧道錯臺量與隧道水平位移之間的關(guān)系

提取100環(huán)近鄰樁基施工時隧道管片的水平位移值和管片錯臺值進對比，環(huán)數(shù)為440～540環(huán)。圖10為右線隧道管片同一環(huán)的水平位移和錯臺量的比較圖，對水平位移和錯臺量進行擬合得到函數(shù)曲線。由圖10可知：隧道水平位移曲線基本呈現(xiàn)正態(tài)分布；在隧道水平位移最大值處的管片錯臺量接近于0，即在隧道最大水平位移值附近的盾構(gòu)環(huán)之間幾乎不發(fā)生錯臺變形，只發(fā)生了整體平移其原因可能是此時為一理想狀態(tài)，各襯砌環(huán)面緊貼，凹榫和凸榫正對中，隧道產(chǎn)生均勻沉降，即使存在沿隧道縱向的非均勻外力，此外力也小于環(huán)縫間的摩擦力。

5" 結(jié)論

基于實測數(shù)據(jù)對近鄰樁基施工后的隧道管片環(huán)間錯臺進行統(tǒng)計分析，得到結(jié)論如下。

1）鄰近樁基施工后，隧道左右線管片3點鐘方向的錯臺量主要分布在-6～5 mm，都占據(jù)總量的90%以上，向管片內(nèi)的錯臺量的范圍均為0～9 mm，向管片外的錯臺量的范圍主要為0～9 mm。左右線隧道管片3點鐘方向的錯臺量分布范圍較大，9點鐘方向的錯臺量分布范圍較為集中。

2）近鄰樁基施工對附近錯臺量較大的管片有抑制其繼續(xù)擴大錯臺量的趨勢，而對于錯臺量較小或者無錯臺的管片則會影響其發(fā)生錯臺。

3）隧道水平位移曲線基本呈現(xiàn)正態(tài)分布；在隧道水平位移最大值處的管片錯臺量接近于0。

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第一作者簡介：趙穎鋒（1985-），男，高級工程師。研究方向為市政道路橋梁。

*通信作者：王立峰（1968-），男，博士，教授。研究方向為軟黏土地基處理、基坑隧道。