盾構在礦山法隧道中推進監測分析

高 凱

(廣州市珧凱園林設計有限公司，廣東廣州 510612)

盾構法［1-3］是軟土暗挖隧道的一種機械化施工方法，施工進度快，噪聲低，地面沉降或隆起易于控制在允許范圍內。礦山法適用于堅硬巖體隧道的施工，若環境條件允許，輔以地面及洞內輔助施工措施，改進的礦山法(又稱為新奧法、淺埋暗挖法)可適用于城市地下水位低的軟土地層和復雜斷面的地下工程施工。礦山法［4，5］通過堅硬巖層時爆破作業對環境影響大，土質隧道的穩定性及地表沉降難以控制，防水效果較盾構和明挖隧道差，通過軟弱地層、砂層、斷層破碎帶等不良地質地段時施工困難，技術措施費用高，機械化程度低，施工進度慢。我國許多省市，具有多山地和丘陵地貌特征。一條隧道難以保證所遇的地層單一，為了加快進度，減少施工風險，有時不得不采用“礦山法+盾構法”兩種工法相結合應用［6-8］。國內廣州、深圳地鐵有類似成功的案例。目前針對“礦山法+盾構法”相結合開展的研究，多是對這種工法的施工應用總結，對其內部結構的受力狀態研究還不多見，因此有必要在這一領域開展研究。

1 工程概況

某工程采用“礦山法+盾構法”復合工法施工，先在區間隧道中部施作一個工作豎井，用礦山法施工初襯隧道。區間隧道整體設計為土壓平衡盾構施工。預先采用礦山法暗挖，并修筑初次支護，然后盾構通過礦山法隧道施作管片襯砌，在管片襯砌與礦山法隧道襯砌之間壓注水泥漿形成多層復合襯砌。左右線礦山法加盾構施工段分別長147.5 m和287 m，埋深約10 m。

2 監測方案

2.1 監測目的

1)確定環向接縫受到盾構前方堆土深度影響情況、環縫隨推進距離變化規律，為隧道長期穩定提供參考。

2)通過鋼筋應力計監測管片環向受力情況，特別是注漿局部荷載的影響，以確保管片姿態并為隧道管片的優化設計提供依據。

2.2 監測方案

共8個監測斷面。試驗段有3個監測斷面，分別為斷面1—1～3—3，常規監測設有5個斷面，分別是斷面4—4～8—8。

3 監測結果及分析

3.1 土壓力監測

選取有代表性且數據完整的監測斷面進行分析。圖1～圖3分別為3個試驗斷面土壓力隨時間的變化情況(因土壓力盒經鑿除混凝土保護層等機械作業，成活率較低，每個斷面監測數據的總量有限)?？偟膩砜?，土壓力的變化可以分兩個階段，如圖1所示，第一階段管片脫出盾殼后，土壓力盒與混凝土導臺、兩側部分擠進土體相接觸，土壓力急劇增大，但由于隧道內積水較多，使管片產生上浮，土壓力又逐漸下降;第二階段是對該試驗環或其前后幾環進行壁后壓漿，造成土壓力二次上升。

由圖2可以看出，處于不同部位的土壓力大小不等，且變化規律不同。處于底部的土壓力盒T2，由于隧道積水使管片上浮，土壓力急劇下降，直至為零，表明該處管片上浮量大，且后來的第一次壁后壓漿也沒能很好的控制管片的上浮，需進行二次及時補漿;處于頂部的土壓力T3一直為零，表明該處有空隙，沒有充填密實;處于右下的T4土壓力除剛開始有下降外，后來一直維持在6.5 kPa左右，變化不明顯。

由圖3可以看出，處于底部的T7在壁后壓漿后，土壓力迅速增大，表明壁后壓漿有效的控制了該環的管片上浮，但從該環T6的土壓力變化來看，該環頂部仍有部分空隙沒有很好的充填密實。

選取2月15日的監測數據進行環向土壓力分析?？梢钥闯?，3—3斷面頂部的土壓力較小，幾乎一直均為零，表明該處沒有充填密實。通過在盾構前方堆土施工，可以部分增加刀盤面板的支護力，進而壓緊環縫間的橡膠止水條，但僅靠前方堆土不足以填密管片與礦山法隧道之間的空隙。如果不及時進行管片壁后壓漿，加之礦山法初襯隧道滲漏水嚴重，隧道管片上浮是難免的，且從監測情況來看，需要多次壁后壓漿，才能保證管片和礦山法初襯隧道之間的空隙有效充填，特別是隧道頂部60°范圍內。局部較大的土壓力可能是由于刀盤旋轉擠土進入空隙，恰好與該處的土壓力盒外表面有效接觸所引起的。

3.2 鋼筋軸力監測

圖4～圖6分別為3個試驗斷面鋼筋計軸力隨時間的變化情況。畫在同一圖上的一對鋼筋計代表埋在同一塊上的同一位置，一個在內側環向主筋上，另一個在外側環向主筋上。

可以看出，處于不同部位的鋼筋計受力情況不同，如圖4所示，處于底部的鋼筋G1-1和G1-2，由于受到底部土體的反力作用，該處管片受到正彎矩作用(管片內側受拉為正)，使內側主筋受拉，外側主筋受壓，與實測鋼筋軸力計受力情況相符，G1-1受拉、G1-2受壓，特別是在壁后壓漿后，二者的軸力均不斷增大，表明壁后壓漿使該環管片底部的土壓力增大，有效控制了管片上浮。G1-1和G1-2鋼筋軸力同時達到最大值，分別為11 kN和－5 kN(受拉為正，受壓為負)，主筋直徑為16 mm，故此時主筋對應的應力分別為55 MPa和－25 MPa，均小于HRB335鋼筋的設計強度300 MPa，處于受力安全范圍內。由圖4c)可以看出，與G1-1和G1-2受力情況不同，處于頂部的鋼筋軸力計G2-1和G2-2，由于沒有受到外部其他荷載的作用(隧道頂部沒有充填密實)，僅在管片自重作用下變形和受力，受力一直變化不大，在管片壁后壓漿后，二者出現拉、壓交換，即此處的管片所受彎矩壓漿前后方向相反，但量值上亦沒有發生大的變化，表明壁后壓漿沒有使該環頂部空隙有效填充，有待二次壁后壓漿。

由圖5可以看出，試驗2—2斷面G4-1和G4-2與試驗1—1斷面G2-1和G2-2的受力情況類似，一直在較小的范圍內波動，且管片壁后壓漿后，鋼筋受力狀況與壓漿前相反，表明該處沒有有效充填，僅在管片自重作用下受力與變形，需多次補壓漿;G3-1和G3-2在壁后壓漿前，受力未發生較大變化，反而在壓漿后鋼筋軸力有減小趨勢，表明該處壁后壓漿沒有控制住管片上浮，需對漿液密實度和壓漿量共同控制，才能有效控制管片上浮。由圖6看出，試驗3—3斷面上的G5-1和G5-2與試驗1—1斷面G1-1和G1-2的受力情況類似，壁后壓漿使鋼筋軸力升高，表明壓漿對管片上浮起到了控制作用，但沒有G1-1和G1-2變化量大。

處于隧道底部的鋼筋軸力計，受到底部土體的反力作用，使內側鋼筋軸力計受拉，外側鋼筋軸力計受壓，特別是在壁后壓漿后，二者的軸力均不斷增大，表明管片壁后壓漿對管片上浮起到了很好的控制作用。處于頂部的鋼筋軸力計，由于隧道頂部沒有充填密實，僅在管片自重作用下變形和受力，受力一直變化不大，壁后壓漿沒有使該處空隙有效填充，有待二次壁后壓漿。

4 結語

1)土壓力在隧道中下部較大，且在管片壁后壓漿前后發生較大變化，但隧道頂部土壓力幾乎一直為零，說明管片和初襯隧道之間的空隙沒有及時有效的充填密實，特別是隧道頂部60°范圍內。2)隧道底部積水較多處，盾構隧道脫出盾尾有較大上浮量，需多次對管片進行壁后補壓漿，直到整環土壓力分布較均勻為止。3)處于隧道底部的鋼筋軸力在管片壁后壓漿后有較大變化，表明壁后壓漿對隧道管片上浮起到很好的控制作用。所有鋼筋軸力計的最大值均小于鋼筋的設計值，管片結構安全。4)處于頂部的鋼筋軸力計受力較小，要保證整環管片處于正常穩定的受力狀態，應通過壁后壓漿密實地填充管片與初次支護間的建筑間隙。

［1］劉建航，侯學淵.盾構法隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［2］周文波.盾構法隧道施工技術及應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2004.

［3］何 川，曾東洋.盾構隧道結構設計及施工對環境的影響［M］.成都:西南交通大學出版社，2007.

［4］王毅才.隧道工程［M］.北京:人民交通出版社，1987.

［5］關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［6］黃德中.盾構法與礦山法相結合施工技術［J］.地下工程與隧道，2005(2):29-32.

［7］劉健美.“盾構法+礦山法”施工在廣州地鐵四號線大學城專線段的應用［J］.廣東土木與建筑，2005(6):14-15.

［8］張學軍，戴潤軍.盾構在礦山成洞段推進技術［J］.隧道建設，2006，26(sup):25-27.