大直径盾构隧道施工的实测分析

胡 浩

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，浙江 杭州 311265）

大直径盾构隧道施工内容较为复杂，对周围环境以及自身的影响较大。马乾瑛考虑了盾构掘进过程中形成土拱效应的条件，讨论了粘聚力、内摩擦角和隧道埋深对地表沉降的影响；张运强通过引入不同种类土体的参数，掌子面地表位移释放率以及地表纵向沉降最大斜率，提出不同土体中双洞盾构隧道施工引起地层三维沉降的计算公式；包蓁研究了超大直径盾构隧道在浅覆土施工工况与急曲线施工工况下的地表沉降规律，分析了掘进参数对沉降的影响；戴洪伟采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法，对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析，得到随着隧道掘进，地表沉降呈现反“S”形变形趋势，与3个变形阶段对应，即盾构切口到达时缓慢隆沉，盾构通过时沉降较快，盾尾脱出时沉降趋于稳定；张旭辉通过数值模拟研究与工程实测在大直径盾构推进过程中施工参数的改变对周边敏感性建筑物的影响规律，得到建筑物的沉降量随注浆浆体弹性模量的增大而减小，适当加大浆体的弹性模量有利于建筑物的保护；注浆压力在一定范围内的变化会对周边敏感性建筑物产生较大影响。

引起隧道横向变形发展的因素很多，有隧道拼装施工方面的原因等。通过对以往实际工程的总结分析，引起隧道产生较大横向变形的因素主要有两类：一类是由隧道上方压载引起；另一类则是由隧道两侧施工扰动土体引起。如果这两种情况同时发生，其对隧道变形的影响将更加显著。衬砌环在受到注浆压力和土压力的作用下，很快成为具有一定椭圆度的椭圆，其变形主要是管片接头部位的转动及接头处混凝土的压缩变形，管片其余部位的变形较小，且管片接头对弯矩的承载能力有严重的非线性。

1 工程概况

以艮山东路大直径过江隧道工程为例，该工程地处杭州市，其中包含过江隧道、工作井、明挖段基坑。现对该工程中盾构隧道推进过程中对周围环境及结构本身的影响进行分析。图1为隧道拱顶沉降监测剖面图，图2为隧道水平位移监测剖面图，表1为土层分布表。

表1 土层分布表

图1 隧道结构拱顶沉降监测点布设示意图

图2 测距仪收敛测量示意图

2 周边地表沉降

盾构进出大堤30 m范围内加密为每10 m布设一监测断面，对称于轴线左右间隔3 m、4 m、5 m、5 m、5 m、5 m分别布设测点。

如图所示分别为图3、图4、图5、图6处周边地表沉降的变化图，随着盾构隧道的推进，地表沉降值不断变大，最后稳定不变。隧道的正上方处定为0轴线，沉降值由中间往两边递减，呈凹曲线状；0轴线处的地表沉降值最大，左线的最大值为23.5 mm，右线的最大值为11.2 mm，两者相差较大，在同一平面的不同线路上的地表沉降，左线的最大值约为右线的2倍。

图3 Z1388周边地表沉降

图4 Z1393周边地表沉降

图5 Y1418周边地表沉降

图6 Y1393周边地表沉降

左线的地表沉降在隧道外27 m处有5.6 mm，说明左线盾构隧道施工时对地表的影响范围超过27 m，（即2倍隧道盾构直径），后续需再向外增加测点，以得到盾构施工时对地表沉降的影响范围，右线的地表沉降在隧道外27 m处的值在3 mm以内，说明右线盾构隧道施工时对地表的影响范围在27 m（即2倍隧道盾构直径）以内。

3 拱顶沉降

图7为盾构隧道贯通后，右线各个环上管片的拱顶沉降值和拟合曲线，如图可知：盾构贯通后，拱顶沉降的最大值为-12.3 mm，最小值为-6.5 mm，在两端的拱顶沉降最大，大致呈“拱形”，图中的拟合曲线能较好地反映盾构结束后各个管片的拱顶沉降值。

图7 右线隧道不同位置的拱顶沉降

图8为盾构隧道贯通后，左线各个环上管片的拱顶沉降值和拟合曲线，如图可知：盾构贯通后，拱顶沉降的最大值为-9.1 mm，最小值为-5.4 mm，在两端的拱顶沉降最大，大致呈“拱形”，图中的拟合曲线能较好地反映盾构结束后各个管片的拱顶沉降值。

图8 左线隧道不同位置的拱顶沉降

结合左线和右线的贯通后的拱顶沉降可知：拱顶沉降沿隧道方向大致呈“拱形”，右线的拱顶沉降整体略大于左线的拱顶沉降。

4 水平位移

如图9、图10分别为左线、右线水平位移与管片位置的关系图，如图所示：左线变形较大时，右线的变形较小；右线的变形较大时，左线的变形较小；当左线右线变形均相对较小时，其变形量几乎相等。左线的水平变形基本在-3～2 mm之间波动，右线的水平位移基本在-3～3 mm之间波动，水平位移值基本在规范要求以内。

图9 左线管片位置与水平位移之间的关系

图10 右线管片位置与水平位移之间的关系

5 结论

（1）此工程中随着盾构的推进，地表沉降呈现出凹性状，在隧道正上方处达到最大值，左线的最大值为23.5 mm，右线的最大值为11.2 mm，在同一平面的不同线路上的地表沉降，左线的最大值约为右线的2倍。

（2）左线盾构隧道的影响范围超过2倍盾构直径，需往外加强监测；右线盾构隧道的影响范围在2倍盾构直径内。

（3）拱顶沉降沿隧道方向大致呈“拱形”，右线的拱顶沉降整体略大于左线的拱顶沉降。水平位移基本在3 mm以内波动，基本满足规范要求。