柯桥区轨道交通集团有限公司 浙江绍兴 312030
摘要：基于现场实测数据分析，研究绍兴地铁某区间双线盾构隧道左、右线分别掘进情况下，柯华路站～笛扬路站区间的地表沉降规律。结果表明:无论是先掘进的隧道还是后掘进的隧道，其地表沉降都可以分为4个阶段，其中初期土体扰动导致的沉降约占总沉降量的60%；土体的横截面地表沉降呈现以隧道轴线为中心的漏斗形分布，随盾构推进地表沉降逐渐增加，最大沉降发生在隧道轴线上方；双线隧道施工过程中，后行隧道受先行隧道影响较大，在双线盾构施工过程中应及时调整先行隧道注浆参数。
关键词：地铁，施工监测，地表沉降，盾构隧道
引言
随着城市化进程的加速发展，地面资源愈发紧张，为缓解交通运输拥堵的问题，地铁在城市发展的过程中扮演着重要角色。地铁具有客运量大、运输速率快、运行稳定、对地面交通影响较小等优点，但同时具有造价高昂、易导致地表沉降等缺点。地铁施工时不但要保证施工安全，还要保证管线及地表建筑物的正常使用，当地面沉降超过一定限度时，就会危及周围邻近建筑物和地下管线的安全，引发一系列岩土环境工程问题，因此及时的监测起到了至关重要的作用，通过分析监测数据不仅可以及时了解工程状况，还可预测并控制风险，以便拟定有效保护措施，并对其实施效果进行跟踪监督，但深基坑受环境影响是一个区域性很强的工程，故而监测预警值在不同地区往往差别较大[1-4]。因此对深基坑开挖过程进行实时监控并分析监测数据是必不可少的，同时，将分析结论反馈于工程开挖，以便采取有效控制措施保障深基坑开挖工程安全顺利的进行[5]。
以往有学者对基坑监测数据进行了分析并提出了诸多有价值的建议。刘念武等[6]提出了软土地区基坑开挖引起的建筑物与地表沉降的空间效应。徐杨青等[7]提出了预测预警系统来进行数据监测分析。
本文参照了以往学者对基坑数据分析的研究，对软土地区盾构隧道开挖引起的地表沉降规律进行了分析研究，希望能为软土地区的基坑开挖监测提供一定经验。
1.工程概况
柯华路站～笛扬路站区间隧道沿群贤路行进，并穿越黄社娄河，沿线主要分布有办公楼和居民住宅，多为多层及高层楼。最大坡度4.34‰，最小平曲线半径500m。隧道顶部埋深11.2m～13.4m，线间距14.14～15m。隧道主要穿越的土层②2黏质粉土层、③2淤泥质粉质黏土层，区间不设联络通道。左、右线均由笛扬路站西端头井始发，在柯华路站东端头井接收。
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图1 区间隧道平面示意图
1.1 地质条件
笛扬路站始发端头从上至下的土层依次为①1杂填土、②1粉质黏土、③2淤泥质粉质黏土、③1淤泥质黏土、③4黏质粉土、③1淤泥质黏土、③2淤泥质粉质黏土。其中，盾构出洞段施工穿越的土层为：③4黏质粉土和③1淤泥质黏土、③2淤泥质粉质黏土。
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图2 笛扬路站~柯华路站区间隧道纵断面图
1.2 水文地质条件
1）地表水
本工程在区间小里程端穿越一地表河流中泽江，河宽13~16m的小河流，水深1.2m。河水与地下潜水水力联系密切，呈水力互补状态。
2）地下水
根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程沿线地下水可分为第四系松散岩类孔隙潜水和深部松散岩类孔隙承压水。
本工程勘察期间测得地下水潜水稳定水位埋深1.0~2.7m（相当于1985高程为2.73~5.19m），受气候影响，水位有一定的变化，变化幅度1~2m。地下潜水主要接受大气降水和侧向径流补给，并以蒸发和侧向径流为主要排泄方式，场地周边地表水系较发达，潜水与河水呈水力互补的状态。
本工程勘察期间在水文试验孔CS-004孔中进行了地下承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离，实测⑦2层承压水位埋深在地表下3.46m，相应高程为2.82m；在水文试验孔QKD-X-Z10孔中进行了地下承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离，实测⑦2、⑦6层承压水位埋深在地表下7.62m，相应高程为-0.45m。承压水受侧向径流补给，富水性好，具有明显的埋藏深、污水少、水量大、流速极慢、咸~微咸的特点。
1.3 施工监测
隧道施工过程中，盾构掘进会使地下土压力、孔隙水压力产生变化对地下土体的应力场平衡受到破坏，引起土体的位移和隆沉，从而会对地面的建筑物、构筑物、地下管线等物体的稳定产生影响，为了解和控制盾构及联络通道施工可能引起的各种变形，需对隧道施工过程进行全面监测，监测的主要内容是：
1.3.1 地表沉降监测
掘进前，详细了解施工影响范围内的地面建、构筑物、地下构筑物、地下管线的情况及保护要求。一般情况下，盾构掘进过程中隧道中心线的地面沉降和隆起量控制在10～30mm以内。有特殊保护要求的区段，根据实际情况予以严格控制。
盾构出洞段100m范围内，在隧道正上方沿盾构前进方向每6m（5环）布设一个轴线沉降监测点（简称轴线点），每10米设一组断面点布设1个沉降监测断面（简称断面点），断面垂直与隧道轴线，断面各点以轴线点起向两侧间距分别为2.5m、3.3m、5m、5.5m（最后一点的间距根据隧道埋深进行调整），每排断面共计9个点，对地质条件较差的区域应适当增加沉降测点
1.3.2 隧道沉降、收敛监测
在盾构进出洞位置100环内布设隧道沉降测量测点，测点间距为每5环布设1点，监测点宜按环号进行编号。在某些特定部位可适当加密，测点一般设在隧道拱底,测量时将全站仪安置在道床上，整平后用无棱镜方式测定两直径位置油漆十字处在同一坐标系中的坐标，通过坐标反算得到两直径端点间的直线距离。将本期直径测量值与设计值和前期直径测量值进行比较，可以得到隧道的直径收敛变形情况（相对于设计值和前期测量值）。测量数据将被完整存储，并记录相应的环号和所对应的里程及其他需要说明的附属信息。监测内容和监测频率见表1。
表1 监测内容和监测
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2 监测结果数据分析
盾构施工从2019年6月29日右线盾构开始掘进，历时6个月时间，截至2019年11月15日右线隧道贯通结束。2019年11月初左线盾构开始掘进施工，历时5个月时间，截至2020年3月24日左线隧道贯通结束
2.1轴线地表位移
引起的地表沉降形态较一致，主要可分为4个阶段，从下图可看出，在左右线盾构推进过程中，第1阶段，盾构到达前方，盾构呈隆起姿态，主要是因为土压平衡盾构土舱内土压偏高，使开挖面土体受挤压，从而引起地表隆起。第2阶段，盾构到达、通过时沉降继续增加，在这期间地表变形主要是由盾壳向前移动过程中盾壳对地层的摩擦和剪切作用所引起，左线沉降达到42mm，右线沉降达到107mm，沉降变形占总量的60%以上。第3阶段，盾尾脱出后沉降，此阶段由于盾构掘进机的外径大于管片外径，盾尾通过测点后，在地层中遗留下来的建筑空隙就需及时壁后注浆充填，以控制地表变形。由于注浆量、注浆压力、注浆部位、浆液配比和材料方面不适当，使建筑空隙中的浆液不能及时形成环箍，盾尾脱出后，造成土层应力释放。第4阶段，土体的固结沉降，这部分沉降主要是由土层的固结沉降和地基土的徐变引起。
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图3 左线轴线地表沉降曲线
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图4 右线轴线地表沉降曲线
由图5-6可知，隧道盾构机到达监测点后，沉降量较大，并且分为快速沉降阶段和缓速沉降阶段，快速沉降阶段的沉降量约为缓速沉降阶段的4倍，对比图3、图4。右线地表沉降变化较大，变化速率及累计量超过报警值，在左线盾构掘进贯通后，左线地表沉降变化速率逐渐趋于平稳，无突变情况。
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图5 左线轴线地表沉降历时曲线
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图6 右线轴线地表沉降历时曲线
2.2横截面地表位移
由图7-8可以看出，土体的横截面地表沉降呈现以隧道轴线为中心的漏斗形分布，随盾构推进，地表沉降逐渐增加，最大沉降发生在隧道轴线上方，盾构施工造成的横向扰动约为隧道轴线15m范围内。结合图5-6，纵向沉降主要影响范围距开挖面约3倍洞径区域。盾构推进过程中，左线横向地表最大沉降量为24mm，右线最大沉降达到33mm，约为左线1.3倍，轴线上方地表沉降超过报警值。
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图7 左线DB178断面观测沉降曲线图
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图8 右线DB178断面观测沉降曲线图
2.3隧道隆沉与收敛
（1）对比图9左、右线拱顶沉降曲线图，隧道管片最大沉降为9.2mm，发生在右线拱底，结合图13、14，右线管片变形量均大于右线变形量。随着盾构的推进，管片各向位移呈现上下波动变化态势，在距始发端100~150m范围内，变化量较明显，端头加固区范围内管片位移量几乎为零。
（2）由图11管道收敛曲线可知，管片在横向呈现收缩趋势，在竖向呈现压缩趋势。管片拱底隆起状态变化量大于拱顶沉降变化量，右线管片测点位移变化量大于左线管片变形量，说明双线隧道，后行隧道受先行隧道影响较大，在双线盾构施工过程中应及时调整先行隧道注浆参数，控制后行隧道变形。
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图9 管片拱顶沉降曲线图
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图10 管片拱底沉降曲线图
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图11 管片收敛沉降曲线图
3 结论
本文综合分析了杭绍城际铁路SG6标盾构区间工程施工的监测数据，研究了盾构施工对地表、管片的影响和变形规律。通过本文的研究工作，得到以下结论：
1）盾构在推进过程中所引起的地表沉降，大致可分为先期沉降、通过时的地面沉降、盾构通过后盾尾空隙沉降、固结沉降。前三项地表沉降总和为即时地表沉降，可以通过优化施工工艺、调整盾构掘进参数来控制。其中盾构通过导致的地表沉降占沉降总量一半以上。
2）土体的横截面地表沉降呈现正态分布，双线隧道地表沉降呈“凹槽状”，地表最大沉降点位于两线中心线附近，主要影响隧道轴线两侧20m的土体，离隧道越远沉降值越小。盾构施工过程中应对离隧道轴线两边20m以内地表进行监测。
3）盾构施工过程中，管片位移量较小，均在安全范围内，说明管片强度符合设计要求，足以抵抗周围土层对隧道压力。且管片拱底隆起变化量大于拱顶沉降变化量，水平方向变化量大于竖直方向变化量，位移均呈现出波浪式增加。
4）双线隧道施工过程中，后行隧道受先行隧道影响较大，在双线盾构施工过程中应及时调整先行隧道注浆参数，控制后行隧道变形。
参考文献：
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