淺論上海地鐵盾構法施工的隧道后期變形

　　摘 要 文章以上海市軌道交通M8線淮海路站～復興路站區間隧道的施工為例，對引起隧道施工后期變形的多種因素進行分析，并闡述了防治措施。
　　關鍵詞 盾構法隧道 后期變形 影響因素 防治措施

　　1 概述
　　在上海地鐵隧道施工過程中，經常發現已拼裝成環的隧道在剛離開盾尾或脫離盾尾3～4環后，就發生環面不平整現象，即D塊管片滯后于B1、B2塊管片，B1、B2塊管片滯后于L1、L2塊管片，從而產生管片角部碎裂，影響隧道的施工質量。
　　通過對環縫錯位現象的分析，認為這種現象是由于成環管片在出盾尾后發生了隧道的后期變形（上浮或沉降）而導致的。以上海軌道交通M8線復興路站～淮海路站區間隧道施工的有關數據為依據，闡述影響隧道后期變形的各種因素，并介紹相應的防治措施。

　　2 工程概況
　　上海軌道交通M8線復興路站～淮海路站區間隧道起始于復興路站北端頭井，止于淮海路站南端頭井，推進里程為SK20+236.595～SK19+409.846，全長826.749 m,在SK19+785.640處設有1條聯絡通道。土壓平衡盾構機由復興路站北端頭井下井，出洞后上行線沿西藏南路往北推進，途徑自忠路、方浜路、瀏河路、會稽路、壽寧路、桃源路、淮海路，穿越眾多管線后到淮海路站南端頭井。盾構機在淮海路站端頭井內調頭后，下行線沿西藏南路往南推進到復興路站北端頭井（見圖1）。

圖1 區間隧道示意圖

　　3 工程地質
　　工程地質是影響隧道后期變形的主要因素之一。
　　本工程隧道穿越的土層為④淤泥質粘土層、⑤1粉質粘土層，各土層性能指標及特征見表1。

　　4 影響隧道后期變形的主要原因及分析
　　4.1 設計軸線
　　復興路站～淮海路站區間隧道最大坡度為-11.675‰，隧道頂覆土厚9.0～16.3 m。上、下行線隧道推進豎向軸線坡度見表2。

　　設計軸線為下坡的隧道段，后期發生隧道上浮的現象比較普遍，在坡度發生變化的豎曲線段，隧道上浮特別嚴重。如圖2是設計坡度為-11.607‰的1段上行線（375～530環）隧道后期上浮曲線，其后期上浮量大部分均超過30 mm，僅有1處為15 mm，最大值達到82 mm。

　　設計軸線為上坡的隧道段，后期發生隧道上浮的現象較少，若盾構推進的軸線與設計軸線不相吻合，則隧道還可能產生下沉。如圖3是設計坡度為11.670‰的1段下行線（260～296環）隧道后期上浮曲線，其后期變形量明顯較小，大部分區域均發生了后期沉降，局部發生后期上浮，但最大上浮量僅為25 mm。

　　4.2 實際坡度
　　除了隧道的設計坡度對后期沉降有影響外，盾構掘進過程中實際坡度對后期沉降也有一定的影響。圖4是上行線230～535環隧道（設計坡度為-11.607‰的下坡）的后期變形情況，圖5為上行線230～535環隧道的實際坡度。

　　通過圖4、圖5的曲線對比得出：在工程地質、軸線均相同的情況下，隧道后期變形曲線與實際坡度曲線的變化趨勢有眾多類似的地方。可以認為：在盾構推進的過程中，隧道的后期變形與實際坡度有關，隧道坡度發生變化，相應的隧道后期變形也會發生類似變化，即坡度減小時，隧道上浮量相應減小；反之，當施工中實際坡度增大時，隧道上浮量容易增大。
　　4.3 注漿
　　盾構在掘進的過程中采用同步注漿的工藝，由于同步注漿的漿液在注入隧道外壁與土層間的空隙中不能馬上固結，在推進過程中，漿液順隧道的圓弧流至隧道的底部，大量漿液淤積于隧道底部，對隧道產生了一定的浮力，導致隧道容易上浮。
　　4.4 超前量
　　在盾構推進過程中，往往存在一定的超前量，當超前量不正確時，則管片環面與千斤頂的頂力方向不垂直，使盾構推力產生了分力，導致管片出盾尾后發生偏移。通過對隧道后期的復測數據分析，隧道后期發生的偏移與當時的超前量有關，即下超過大，易導致隧道后期上浮；上超過大，易導致隧道后期沉降。
　　4.5 土質
　　對于相同坡度的隧道，由于土質的不同，隧道后期產生的沉降和上浮也不同。從已經施工的幾條隧道來看，盾構在淤泥質粘土或粘土層中掘進，隧道的后期變形量相對較大；而在粉砂土或砂土層中掘進，隧道的后期變形量相對較小。

　　5 防治措施
　　5.1 抗浮
　　⑴ 復緊管片間的連接螺栓，減小管片與螺栓間的自由活動空間；
　　⑵ 提高同步注漿漿液的稠度（控制在9.5左右），可使地面沉降相對穩定，對隧道上浮也有一定的制約；
　　⑶ 在推進中，盾構的坡度略小于隧道的坡度，可減小千斤頂后座力中的向上分力；
　　⑷ 根據測量到的隧道上浮情況，在推進過程中，有針對性地將管片的高程控制在-20～-30 cm左右（雖不能減小隧道上浮量，但可以有效地保證隧道軸線，減少超標）；
　　⑸ 采用二次壁后注漿工藝（從盾尾后5環的L1、L2管片注漿孔注入，每3環注1次，每孔注漿量為1.5m3），對隧道后期上浮有一定的制約（但不能控制剛出盾尾的那環管片的上浮，而且會引起地面明顯隆起）。
　　5.2 防十字縫錯位
　　在做楔子時，適當地給管片一定的提前量，以彌補隧道上浮后管片間十字縫的滯后量（但容易造成管片拼裝時因環面不平而引起的碎裂）。
　　5.3 防管片碎裂
　　⑴ 控制好環面的平整度；
　　⑵ D塊管片的楔子做成外翻型，拼裝時盡量落底，增加L1、L2管片的開口度，使得F塊管片能夠順利地插入；
　　⑶ 在L1、L2與F塊管片的相鄰面粘貼軟木，改善受力情況。

　　6 小結
　　在盾構施工中，引發隧道后期變形的因素較多，如隧道設計軸線、工程地質、隧道實際掘進坡度、注漿部位、漿液質量和管片超前量等，為了減少隧道后期變形現象的發生，必須根據施工中的實際情況加以分析，針對性地采取正確的措施。
　　文章中對隧道后期變形的主要原因及分析，僅是根據幾條隧道的施工而總結的，難免存在局限性和片面性，愿與同行商榷。

文章來源：隧道網