盾构开挖对后方管片压力扰动监测

2022-01-25苏稚寅上海隧道工程有限公司上海200238

建筑科技 2021年6期

苏稚寅（上海隧道工程有限公司，上海 200238）

随着我国地下工程的不断发展，盾构隧道以其施工受地面环境影响小、机械化程度高和开挖面控制精度高等独特的优越性，在开挖施工中得到了广泛应用[1]。在盾构法开挖过程中，盾构管片的受力分析和研究是重要的一环，朱合华等[2]考虑了盾尾注浆在施工过程中的凝固过程，指出注浆分布形式对管片的内力影响较大；石少刚[3]分析了盾壳的挤压对管片受力的影响，他们通过理论模型分析，对管片荷载分布模式进行了探索和总结。就目前而言，尽管较多学者对于管片所承受的各种荷载作出了大量研究，但盾构开挖对后方管片压力扰动的监测成果目前尚不完备。

本文基于江南大道改造提升工程，采用土压力计监测大盾构开挖对后方管片的压力扰动。

1 工程概况

江南大道改造提升工程（西兴立交～中兴立交）区间隧道为地下盾构区间，圆隧道段线路出西北、西南工作井后向东进入江南大道，线路位于江南大道下方，与杭州地铁 6 号线并行。隧道外径 11.36 m，内径 10.36 m，环宽 2 m，管片厚度 500 mm，线路最大纵坡 40‰，最小转弯半径 800 m。整个施工过程中与多处已建工程存在并行段，主要为江汉路站～江陵路站区间、江陵路站～星民站区、原 1 号线江陵路站、区间管线以及地层建筑。

在穿越江汉路站～江陵路站区间时，北线从 600 环起逐渐完全进入砂层（⑧3 粉砂、(12)1 粉砂）和砾层（(12)4 圆砾土层），如图 1 所示。两种地层均属于不利地层，其中粉砂在水动力条件和盾构掘进作用下，易产生管涌、流砂及振动液化现象，从而降低土层结构强度；而在圆砾层中施工不仅会造成掘进速度缓慢、刀具磨损严重还会造成开挖面坍塌，地层参数如表 1 所示。同时，这些开挖所产生的直接影响还将进一步影响已完成拼装的衬砌，因此有必要对已完成拼装的部分衬砌进行压力监测试验。

表1 部分地层参数

图1 与江汉路站～江陵路站区间并行段

2 监测方案

2.1 主要试验装置

试验采用微型土压力盒测量土体受扰动后的压力，其直径 28 mm，厚度 7.5 mm，采用后出线形式。

测量系统采用 DH 3828 分布式信号测试分析系统测量管片外弧面土压力，采集系统分为采集器模块、控制器、采集电脑。每个采集器有 6 个采集通道，最高采样速率 1 kHz。

2.2 安装布置方案

通过将土压力计安装于固定的管片上用以监测盾构在开挖时此环所受的土压力变化。试验土压力计布置于 655 环以及 706 环，土压力盒布置位置如图 2 所示，图中下方带有2016 等数字字样标注的短横为土压力计安装位置，每一环管片布置 6～7个测点。土压力计在管片生产时进行安装，在管片浇筑时留有预埋件，待管片养护完成后，拆下预埋件并安装土压力计，安装完毕后采用混凝土对孔位进行封堵。

图2 土压力盒布置位置图

3 试验数据分析

由于土压力计的监测目的在于观测对土体造成的扰动，采用了相对土压力可以更为直观的观测土压力计的变化，因此土压力计的数据图的初始值均在零点附近。由于部分土压力计在监测监测过程中出现了损坏和数据丢失，因此选择具有代表性的数据进行分析。

图 3 为 655 环部分数据图，共采集 10 h，监测开始时，该环盾尾刷已过且注浆已结束。在监测的全过程中，大部分开挖段均为砂层段，受周遭环境以及开挖的扰动影响，且土压力计本身的灵敏性使得数据整体存在一定的波动趋势。在监测时间段内，压力的扰动普遍＜80 kPa，2010 号土压力计（右上侧）受扰动影响最大，相对压力最大约为100 kPa。

图3 655 环土压力计数据图

706 环共计监测 9 h，选取其中 3 处土压力计进行分析，如图 4 所示。监测时间初期，由于该环仍在注浆，导致采集初期出现了压力上升，最大值约为 150 kPa。观察监测时间内的开挖地质图，706 环后圆砾层的比重逐渐上升，导致了706 环数据波动幅度也随之上升，2003 号（右上侧）受其影响最大，相对压力最大高达 250 kPa。对比图 5 和图 6 的数据，可以发现随着圆砾层占比重的逐渐增加，其对后方压力的影响也逐渐增大，且影响的最大区域均在右上侧管片。