摘要：本文将针对某地铁工程的区间隧道变形情况展开跟踪监测，不断收集各项数据，重点掌握地铁隧道上方的所有建筑群受隧道基坑施工的变形影响，旨在通过一系列的实测研究，分析基坑施工对盾构隧道的变形硬性，为其他工程建设提供一定的参考。
关键词：基坑施工；盾构隧道；实测数据
盾构隧道正是借助盾构暗挖方法开展全机械化施工推进完成的隧道，通过大量的盾构外壳和管片支承周岩避免坍塌，快速利用前方切削装置开挖土体，并有效形成隧道结构。国内有很多地铁工程或隧道工程会应用到盾构法施工。在施工过程中，地铁上方的建筑群受隧道基坑施工的影响，能够该表隧道周边地层的应力作用，同时也积极调整各种土层性质，使得隧道中的各种应力变化明显。严重的可能导致盾构管片损害开裂，加大隧道渗漏，无法确保在有效工期内完成地铁结构施工，也无法确保地铁可以按时投入安全正常运营。目前，国内众多专家学者已经通过实测等手段对地铁隧道的深基坑施工作业进行了研究，明确了施工对地铁隧道的影响，对于各种沉降所造成的破坏也在积极地探讨，有不少专家认为盾构隧道的施工能够引发更多的地层变形，需要通过各种手段来分析掌握规律。本文将针对某地铁工程的区间隧道变形情况展开跟踪监测，不断收集各项数据，重点掌握地铁隧道上方的所有建筑群受隧道基坑施工的变形影响。
1 工程概况
某地铁车站属于商住发展项目，占据有利地理位置，整体建筑紧邻大江，在靠南位置有一条与江相同的涌道。该车站拟建8层建筑，占地约6 x 104 m2，另装设有地下两层车库，并在地下规划设计大型商场。该地铁车站的建筑群基坑开挖范围、开挖顺序、开挖深度均在设计图中明确标注。对该工程而言，西北角的基坑以逆作法作业，坑深12 m，拟建21m深地下连续墙作围护与隔水结构，墙体厚度达0.8m。基坑内部的水平支护最终确定为用两道钢管角撑，基坑内开挖-6.7 m后组织放坡施工，以基坑内侧降水为主。对于整个隧道工程的区间作业而言，全部采用盾构管片错缝拼装，材料外径6m，内径4.5m，厚度0.3m，宽度1.2m，分块数6，标准块圆心角72°，邻接块圆心角64.5°，封顶块圆心角15°。
2 地铁工程的隧道变形分析
图1 区间盾构隧道变形监测断面1-13示意
上述项目在启动之初，就为考虑加强建筑群的基坑施工安全性，确保整个地铁车站及区间隧道保持正常的运行，因此十分注重通过技术手段来精密监测隧道以及基坑的变形情况，同时还对内部出现的地下水位展开实时监测。通过长时间的站台段变形监测可知，原有车站的结构性能突出，因而后期的建筑群基坑施工并未对整个车站的结构产生更为重要的影响。由于在本车站的北段区域内，地质条件多属厚砂岩层，且需要开挖的基坑较大，所以可能产生的随表变形较为明显，因此本文主要针对北段区域内的隧道变形情况进行监控分析。
3.1项目拟用监测方案
如图1所示，目标路段的区间盾构隧道变形监测断面中，分出了13个监测断面，分散在车站北端的区间隧道内。图中的D代表地铁的下行线（DOWN），U代表地铁的上行线（UP）。图2所示的两张图分别表示上下行线隧道中的变形测点布置情况。对应的三维立体坐标中，X轴正向代表由上一站指向下一站，Y轴正向表示由隧道下行线指向上行线， Z轴正向代表由地下地铁工程的隧道指向地表。
图2 区间上下行线隧道的变形测点布置示意
3.2隧道基坑的施工变形分析
为了进一步加强对该工程的隧道及基坑机构变形规律进行研究，本文选择某一工作日在隧道内开展变形监测和数据分析。通过精密的仪表设备测定，隧道在水平方向发生了位移，而且能够科学地分析得到，在上行线隧道内，主要的变形出现在距离车站北段，主要发生在离车站北端70 m区间范围内，从曲线图上看出，此区间隧道已经整体向着西北角基坑方向进行了平移，对于标定的测点而言，水平方向的位移极值达到7.8mm，此时距离车站北端约30m距离。在下行线隧道内，主要的变形出现在距离车站北端尚有70m的区间内，并且该区间并未出现过任何明显特征的水平平移，经测得标定的测点可以实现的水平方向的位移极值达到-7.8mm，此时距离车站北端约40m距离。
从隧道的竖向位移监测统计来看，该工程的上下行线隧道均出现了沉降现象，且表现出了一定的勺子状，这些沉降的主要发生地点出现在距离车站北端70m的区间范围。单个来看，上行线的最大沉降为地下-6.6mm，此时距车站北端约20m位置；而在下行线的最大 沉降值则出现在地下-12.4 mm，此时距离车站北端约30m距离。
从图3所示的隧道道床位移曲线可知，区间隧道上行线0-50m范围内，道床出现一定程度水平平移，移向西北角基坑内侧，水平位移量峰值为1.6 mm；下行线道床没有出现明显的水平平移，而是在0-50 m范围出现道床沉降，其沉降量最大可达-2.5 mm。
图3 隧道道床位移曲线
如图4所示，隧道上行线的主要变形出现在距车站北端70 m区间范围，可见朝向西北角基坑内侧形成显著水平平移，水平位移量峰值为4.1mm，此时距车站北端约30m位置，另外可见沉降作用，沉降极值为-4.7 mm，此时距车站北端约20m位置。隧道下行线的主要变形出现在距车站北端80 m区间范围，但不出现沿西北角基坑内侧的明显水平平移，区域内出现的沉降极值可达-10.1mm，此时距车站北端约30m位置。总的来看，上、下行线隧道均朝着上一车站发生相对位移，且最大位移值达到-1.8mm。
图4 上下行线区间隧道的中心位移曲线
如图5所示，Y方向的位移出现在负方向则表明隧道的道床右侧与隧道右侧壁脱离，同时道床左侧与隧道左侧出现受力挤压；Z方向的正方形位置表明垂直方向上的隧道道床与隧道底部脱离。则有图可知，上行线60 m区段内，道床与隧道底部脱离，空量最大可见5.9 mm，此时距离车站北端约20 m位置。同时，道床右侧与隧道壁也出现挤压，且可产生-2.8 mm的最大挤压量。下行线的90 m区段内，道床与隧道底部明显脱空，最大达8.8 mm脱空量，此时距离车站北端约30 m位置。
图5 上、下行线隧道道床与隧道中心相对位移沿隧道纵向变化曲线
如图6所示，隧道收敛值沿隧道在纵向方向出现的变化情况也可以通过曲线表示。图7所示的结果是针对上行线断面10与下行线断面9隧道的相对收敛值。通过不同图纸的对比分析可知，上行线隧道中3-5测点表现出了最大的收敛值，极值可到8.0 mm，这一极值出现在断面10处，此时距离车站北端约30m位置；下行线隧道2-5测点表现出了最大的收敛值最大，极值可到13.8 mm，这一极值出现在断面9处，此时距离车站北端约40m位置。
论文作者:杨长清
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/18
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