浅论上海地铁盾构法施工的隧道后期变形

1浅论上海地铁盾构法施工的隧道后期变形摘要文章以上海市轨道交通M8线淮海路站～复兴路站区间隧道的施工为例，对引起隧道施工后期变形的多种因素进行分析，并阐述了防治措施。关键词盾构法隧道后期变形影响因素防治措施1概述在上海地铁隧道施工过程中，经常发现已拼装成环的隧道在刚离开盾尾或脱离盾尾3～4环后，就发生环面不平整现象，即D块管片滞后于B1、B2块管片，B1、B2块管片滞后于L1、L2块管片，从而产生管片角部碎裂，影响隧道的施工质量。通过对环缝错位现象的分析，认为这种现象是由于成环管片在出盾尾后发生了隧道的后期变形（上浮或沉降）而导致的。以上海轨道交通M8线复兴路站～淮海路站区间隧道施工的有关数据为依据，阐述影响隧道后期变形的各种因素，并介绍相应的防治措施。2工程概况上海轨道交通M8线复兴路站～淮海路站区间隧道起始于复兴路站北端头井，止于淮海路站南端头井，推进里程为2SK20+236.595～SK19+409.846，全长826.749m,在SK19+785.640处设有1条联络通道。土压平衡盾构机由复兴路站北端头井下井，出洞后上行线沿西藏南路往北推进，途径自忠路、方浜路、浏河路、会稽路、寿宁路、桃源路、淮海路，穿越众多管线后到淮海路站南端头井。盾构机在淮海路站端头井内调头后，下行线沿西藏南路往南推进到复兴路站北端头井（见图1）。图1区间隧道示意图3工程地质工程地质是影响隧道后期变形的主要因素之一。本工程隧道穿越的土层为④淤泥质粘土层、⑤1粉质粘土层，各土层性能指标及特征见表1。4影响隧道后期变形的主要原因及分析4.1设计轴线复兴路站～淮海路站区间隧道最大坡度为-11.675‰，隧道顶覆土厚9.0～16.3m。上、下行线隧道推进竖向轴线坡度见表2。3设计轴线为下坡的隧道段，后期发生隧道上浮的现象比较普遍，在坡度发生变化的竖曲线段，隧道上浮特别严重。如图2是设计坡度为-11.607‰的1段上行线（375～530环）隧道后期上浮曲线，其后期上浮量大部分均超过30mm，仅有1处为15mm，最大值达到82mm。设计轴线为上坡的隧道段，后期发生隧道上浮的现象较少，若盾构推进的轴线与设计轴线不相吻合，则隧道还可能产生下沉。如图3是设计坡度为11.670‰的1段下行线（260～296环）隧道后期上浮曲线，其后期变形量明显较小，大部分区域均发生了后期沉降，局部发生后期上浮，但最大上浮量仅为25mm。4.2实际坡度除了隧道的设计坡度对后期沉降有影响外，盾构掘进过程中实际坡度对后期沉降也有一定的影响。图4是上行线230～535环隧道（设计坡度为-11.607‰的下坡）的后期变形情况，图5为上行线230～535环隧道的实际坡度。通过图4、图5的曲线对比得出：在工程地质、轴线均相同的情况下，隧道后期变形曲线与实际坡度曲线的变化趋势有众多类似的地方。可以认为：在盾构推进的过程中，隧道的后期变形与实际坡度有关，隧道坡度发生变化，相应的隧道后期变形也4会发生类似变化，即坡度减小时，隧道上浮量相应减小；反之，当施工中实际坡度增大时，隧道上浮量容易增大。4.3注浆盾构在掘进的过程中采用同步注浆的工艺，由于同步注浆的浆液在注入隧道外壁与土层间的空隙中不能马上固结，在推进过程中，浆液顺隧道的圆弧流至隧道的底部，大量浆液淤积于隧道底部，对隧道产生了一定的浮力，导致隧道容易上浮。4.4超前量在盾构推进过程中，往往存在一定的超前量，当超前量不正确时，则管片环面与千斤顶的顶力方向不垂直，使盾构推力产生了分力，导致管片出盾尾后发生偏移。通过对隧道后期的复测数据分析，隧道后期发生的偏移与当时的超前量有关，即下超过大，易导致隧道后期上浮；上超过大，易导致隧道后期沉降。4.5土质5对于相同坡度的隧道，由于土质的不同，隧道后期产生的沉降和上浮也不同。从已经施工的几条隧道来看，盾构在淤泥质粘土或粘土层中掘进，隧道的后期变形量相对较大；而在粉砂土或砂土层中掘进，隧道的后期变形量相对较小。5防治措施5.1抗浮⑴复紧管片间的连接螺栓，减小管片与螺栓间的自由活动空间；⑵提高同步注浆浆液的稠度（控制在9.5左右），可使地面沉降相对稳定，对隧道上浮也有一定的制约；⑶在推进中，盾构的坡度略小于隧道的坡度，可减小千斤顶后座力中的向上分力；⑷根据测量到的隧道上浮情况，在推进过程中，有针对性地将管片的高程控制在-20～-30cm左右（虽不能减小隧道上浮量，但可以有效地保证隧道轴线，减少超标）；⑸采用二次壁后注浆工艺（从盾尾后5环的L1、L2管片6注浆孔注入，每3环注1次，每孔注浆量为1.5m3），对隧道后期上浮有一定的制约（但不能控制刚出盾尾的那环管片的上浮，而且会引起地面明显隆起）。5.2防十字缝错位在做楔子时，适当地给管片一定的提前量，以弥补隧道上浮后管片间十字缝的滞后量（但容易造成管片拼装时因环面不平而引起的碎裂）。5.3防管片碎裂⑴控制好环面的平整度；⑵D块管片的楔子做成外翻型，拼装时尽量落底，增加L1、L2管片的开口度，使得F块管片能够顺利地插入；⑶在L1、L2与F块管片的相邻面粘贴软木，改善受力情况。6小结在盾构施工中，引发隧道后期变形的因素较多，如隧道设计轴线、工程地质、隧道实际掘进坡度、注浆部位、浆液7质量和管片超前量等，为了减少隧道后期变形现象的发生，必须根据施工中的实际情况加以分析，针对性地采取正确的措施。文章中对隧道后期变形的主要原因及分析，仅是根据几条隧道的施工而总结的，难免存在局限性和片面性，愿与同行商榷。