深大橋樁施工影響近鄰隧道管片接縫張開量實測大數據研究

2023-12-31 00:00:00陳璞吳迪亮王立峰沈燕倩龐晉

科技創新與應用 2023年17期

摘" 要：以杭州某高架橋項目為依托，分析群樁施工前后管片環間接縫張開量和水平直徑差異等的時空分布規律，研究群樁施工對近鄰盾構隧道管片環間接縫張開量的影響。研究結果表明，2條并行單線隧道，管片在其中間的方位表現出張開量較小，普遍小于外側；基樁施工產生擠土效應限制管片接縫張開，距離較近的隧道管片接縫張開量小于遠樁隧道；離樁基施工較遠一側的隧道，管片環間接縫張開量的離散程度較高；環間接縫張開量與樁隧距離呈非線性正相關；管片環間接縫張開量與水平直徑差異值存在一定的負相關性。

關鍵詞：群樁施工；近鄰隧道；管片張開量；水平直徑；統計分析

中圖分類號：TU473" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0014-04

Abstract： Based on a viaduct project in Hangzhou， the spatial and temporal distribution of joint opening and horizontal diameter difference between segment rings before and after pile group construction was analyzed， and the influence of pile group construction on joint opening between segment rings of nearby shield tunnel was studied. The results show that the opening of segments in the middle of two parallel tunnels is smaller than that in the outside. The soil squeezing effect of foundation pile construction restricts the opening of segment joints， and the opening amount of segment joints in the tunnel with a closer distance is less than that in the tunnel with far pile. On the far side of tunnel from pile foundation construction， the dispersion degree of joint opening between segment rings is higher. There is a nonlinear positive correlation between ring seam opening and pile tunnel distance. There is a certain negative correlation between the indirect seam opening of segment ring and the difference of horizontal diameter.

Keywords： pile group construction; neighboring tunnel; segment opening; horizontal diameter; statistical analysis

隨著城市化進程不斷推進，城市軌道交通越來越多，運營地鐵隧道結構經常受到近鄰工程施工影響，包括基坑開挖[1-2]、盾構穿越[3-4]、基樁施工[5]等。盾構隧道管片之間的環縫與縱縫是隧道結構的薄弱環節，在內、外界擾動下經常發生局部縱向沉降過大、接縫滲漏水及張開量過大等病害，從而致使隧道結構性能發生顯著衰退，威脅地鐵運營安全。科學合理地評估盾構隧道結構狀態是開展隧道保護工作的前提，因此有必要對此進行深入研究。

許多學者對盾構管片接縫張開量進行了研究。王汝寶等[6]通過數值計算的方法，研究了隧道管片縱向沉降與環縫張開量的關系；楊春山等[7]基于數值分析模擬，提出了不同埋深隧道在地震作用下管片最大張開量預測方法；李長俊等[8]基于管片監測數據建立了多元線性回歸模型，證明了接縫張開度與水位、溫度存在較好的線性相關性。

本文結合杭州某高架橋工程，對群樁施工前后近鄰地鐵隧道管片環間接縫張開量進行了分析，提出在軟土地區大直徑橋樁施工對近鄰運營隧道管片結構健康影響的數據統計分析方法和建議。

1" 工程概況

杭州市某高架橋工程群樁施工位于地鐵1號線的控制保護區范圍內，橋樁與隧道最近水平距離約5 m。既有運營隧道內徑5.5 m、外徑6.2 m，環寬1.2 m，C50鋼筋混凝土，采用直線環+轉彎環進行錯縫拼裝，環向管片間用12個M30螺栓連接，縱向襯砌環間用16個M30螺栓連接。

新建橋樁直徑1 500 mm，C35鋼筋混凝土，設計為端承型樁，進入中風化基巖2 m。按照樁-隧距的大小（因近樁隧道與遠樁隧道基本平行，為方便分析，以基樁與近樁隧道水平凈距來劃分），分別采用全套管、半套管和常規旋挖工藝成孔。

橋樁施工區間所在土層自上而下依次為雜填土、素填土、粉質黏土、黏質粉土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、粉砂、細砂、圓礫、夾含礫砂粉質黏土及強風化泥質粉砂巖，樁端進入中風化泥質粉砂巖2 m，地鐵盾構隧道位于淤泥質粉質黏土和淤泥質粉質黏土夾粉土層中。

2" 群樁施工前后運營隧道管片環間接縫張開量數據統計及規律分析

2.1" 群樁施工完成后運營隧道管片環間接縫張開量分布分析

新建橋樁與運營隧道典型位置關系如圖1所示，右線為近樁線，左線為遠樁線。右線、左線拱腰9點鐘方位為兩線隧道外側，拱腰3點鐘方位為兩線隧道內側。

群樁施工完成后，右線（近樁）共檢查1 264環，左線（遠樁）共檢查1 178環，雙線管片環間腰部接縫張開量累計值統計分布如圖2—圖5所示。

如圖2和圖3所示，右線隧道9點鐘方向環間接縫張開量在11～12 mm之間的環數為548環，占總環數的43.35%，3點鐘方向環間接縫張開量在11～12 mm之間的環數為732環，占總環數的57.91%；9點鐘方向張開量在13～15 mm之間的環數為681環，占總環數得54.39%，3點鐘方向張開量在13～15 mm之間的環數為500環，占總環數得39.56%。

可見右線隧道9點鐘方向環間接縫張開量主要在13～15 mm，3點鐘方向環間接縫張開量主要在11～12 mm，9點鐘方向張開量普遍大于3點鐘方向；觀察圖4和圖5可知，左線隧道也存在9點鐘方向張開量普遍大于3點鐘方向的規律。分析認為，一方面由于雙線內側比雙線外側從盾構施工角度來看注漿更充分，另一方面從結構性狀來看將雙線及土體作為一個協同整體，內側的整體剛度和相互約束相對更大。

表1是近鄰基樁群施工后，左右線管片環間接縫張開量統計，對比左右線各項目的均值、最值、變異系數，結合圖2—圖5，比較分析如下。

1）右線、左線拱腰9點鐘方位管片環間接縫張開量整體大于3點鐘方位，分析認為左右線9點鐘方位管片位于隧道結構外側（將左、右線隧道看成一個整體），受樁基施工影響大，而拱腰3點鐘方位位于隧道結構內部，受樁基施工影響較小。

2）管片環間接縫張開量均值，左線（遠線）gt;右線（近線），分析認為是由于基樁施工距離隧道越近，則套管施工的擠土效應限制隧道管片收斂變形的效用越明顯，管片環間接縫張開量均值反而小于與基樁施工距離較遠的隧道管片，受隧道服役狀態（管片結構累計變形）、基樁施工工藝引起的土體位移場重分布等因素綜合控制。

3）管片環間接縫張開量標準差和變異系數，左線（遠線）gt;右線（近線），說明距離基樁施工越遠，隧道管片環間接縫張開量受其影響的相對離散程度越高。

2.2" 群樁施工前后環間接縫張開變化量分析

為研究近鄰大直徑深基樁施工行為對運營隧道管片環間接縫張開變化量的影響，對基樁施工前后的管片環間張開量進行對比分析，采樣量按基樁施工前采樣量比對，即右線1262環、左線1176環。

表2是近鄰基樁群施工前后，左右線管片環間接縫張開量的變化量統計，分析既有運營隧道受鄰近大直徑深基樁施工影響。

1）管片環間接縫張開變化量主要分布在-1～2 mm，左線與右線接縫張開變化量在此范圍內占比分別為83.5%和83.9%。

2）從變化量正負值來看，左線接縫張開變化量負值占比22.2%，正值占比46.7%，右線接縫張開變化量負值占比7.5%，正值占比70.9%，總體上或者大概率運營隧道管片環間接縫張開量增大，且右線（近線）管片環間接縫張開量增大概率明顯大于左線（遠線）；分析認為群樁施工產生的擠土效應導致土體水平向應力略微加大，相應的管片結構受到影響，環間接縫張開量增大，距離較近的右線隧道管片相對更加敏感。

3）從均值上來看，左線（遠線）接縫張開變化量均值為1.67 mm，右線（近線）接縫張開變化量均值為0.96 mm，遠線隧道的接縫張開變化量均值約是近線1.74倍，與樁隧水平距離成正相關（樁隧距L有一定范圍），可采用式（1）對深大基樁施工行為對鄰近運營狀態下隧道管片環間平均接縫張開變化量進行估算

Δm=αL ，（1）

式中：Δm為管片環間接縫張開變化量均值估計，mm；L為基樁邊緣到隧道邊緣的水平距離，5～20 m；α為統計比例系數，取0.2～0.08，L小時取大值，L大時取小值。

2.3" 管片環間接縫張開量和水平直徑差異值聯合分析

將運營狀態下左右線隧道各環管片環間接縫張開量和水平直徑差異值對比分析，選取左線580～730環（共151環）、右線650～800環（共151環）進行比對，區間上左右線管片環間接縫張開量范圍約為10～15 mm，均值約為12.33 mm；區間上左右線管片水平直徑差異值范圍約為25～40.8 mm，均值約為32.64 mm。為方便觀察分析，分別將實測值除以其樣本均值，得到圖6和圖7。

左右線區間上管片環間接縫張開量與水平直徑差異值存在一定的負相關性，即水平直徑差異值較大的環，其環間接縫張開量較小。分析認為水平直徑差異值和環間接縫張開量為結構受力的兩種主要表征，在土壓力和運營荷載的復合作用下，部分管片水平直徑差異值較大，管片變形已達到一定量級，對應的環間接縫兩側局部應力較小，管片變形小，較為密貼。

相反，水平直徑差異值較小的管片，管片橢圓度狀態接近但未達到某個閥值，對應的環間接縫兩側局部應力集中，受力變化明顯，管片未密貼，接縫張開量較大。

3" 結論

1）雙線隧道內側環間接縫張開量普遍小于外側環間接縫張開量，分析認為雙線內側的剛度、約束相對高的原因所致。

2）基樁施工產生擠土效應限制管片接縫張開，距離較近的隧道管片接縫張開量小于遠樁隧道，受隧道服役狀態（管片結構累計變形）、基樁施工工藝引起的土體位移場重分布等因素綜合控制。

3）基樁施工越遠，隧道管片環間接縫張開量受其影響的相對離散程度越高。

4）群樁施工產生的擠土效應導致土體水平向應力略微加大，相應的管片結構受到影響，總體上運營隧道管片環間接縫張開量增大，距離較近的右線隧道管片相對更加敏感。

5）左線（遠線）接縫張開變化量為1.67 mm，右線（近線）接縫張開變化量為0.96 mm，環間接縫張開量與樁隧距離成非線性正相關。

6）左右線區間上管片環間接縫張開量與水平直徑差異值存在一定的負相關性，水平直徑差異值較大的管片，在土壓力和運營荷載的復合作用下，管片變形已達到一定量級，結構較為穩定，此時縱縫兩側管片張開量小；反之，水平直徑差異值較小的管片，接縫張開量較大。

參考文獻：

[1] 黃宏偉，黃栩，HELMUT S F.基坑開挖對下臥運營盾構隧道影響的數值模擬研究[J].土木工程學報，2012，45（3）：182-189.

[2] 鄭剛，杜一鳴，刁鈺，等.基坑開挖引起鄰近既有隧道變形的影響區研究[J].巖土工程學報，2016，38（4）：599-612.

[3] 陳仁朋，張品，劉湛，等.MJS水平樁加固在盾構下穿既有隧道中應用研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2018，45（7）： 103-110.