盾構(gòu)機(jī)在未經(jīng)加固的軟土地層中近距離穿越運(yùn)營中地鐵隧道施工技術(shù)

1、盾構(gòu)機(jī)在未經(jīng)加固的軟土地層中近距離穿越運(yùn)營中地鐵隧道施工技術(shù)摘要：本文通過上海地鐵M4線，盾構(gòu)機(jī)在未經(jīng)加固的軟土地層中，近距離穿越正在運(yùn)營中的地鐵2#線隧道時，對周圍土體變形狀況、機(jī)理以及地層后期沉降的研究，提出了盾構(gòu)推進(jìn)對近距離已建隧道影響，進(jìn)行有效控制的施工方法及能數(shù)，為工程施工提供理論基礎(chǔ)。 gf8 D. Q0 c 1 工程概況# n/ W# dv, q H1 N6 n我公司建的明珠線二期張楊路浦電路站區(qū)間隧道工程，位于浦東世紀(jì)大道、福山路。1 f1 O4 ?( U9 i# & U 隧道外徑為6.2m，內(nèi)徑5.5m。采用錯縫襯砌，每環(huán)襯砌由3塊標(biāo)準(zhǔn)塊(B)，2塊鄰接塊（L），1塊封頂塊(

2、F)組成，管片厚度為0.35m，寬度為1.2m。! B1 E5 Z& H. U2 t; p/ M 隧道總長度為1422.718m，共1187環(huán)。采用日本，三菱公司生產(chǎn)的6340土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，長度8.6m。- zp) C* a. X3 J# J 盾構(gòu)穿越地鐵2#線隧道的區(qū)域位于世紀(jì)大道下方，且是與濰坊路、福山路的交匯處。& k, j! P ; - r8 r 世紀(jì)大道是我市新建的現(xiàn)代化道路之一，路面寬闊，共有812條機(jī)動車道和2條非機(jī)動車道，路面寬達(dá)50m余，交通高峰時車流量很高。道路兩側(cè)建筑物主要有世紀(jì)聯(lián)華超山及住宅樓等。道路下方地下管線縱橫交錯。 ; b8 : E& 2 7 s9 i: T+

3、 d8 r 2 工程地質(zhì) + g+ q8 1 T- p* j9 c$ Ux* |# H+ i) _# t7 K6 + t 上海地鐵區(qū)間隧道主要穿越灰色淤泥質(zhì)粘土層，為飽和、流塑、夾少量薄層粉砂的粘性土，屬高壓縮性土；灰色粘土l層、灰色粉質(zhì)粘土2層，很濕、軟塑、含水量高、孔隙比大、敏感度高，受擾動后沉降大、穩(wěn)定時間長，分屬高偏中及中壓縮性土。. CI$ K- o+ ! N 本工程穿越區(qū)段的地鐵2#線隧道位于灰色淤泥質(zhì)粘土層，下穿的M4線隧道洞身歷經(jīng)灰色淤泥質(zhì)粘土層、灰色粘土l層、灰色粉質(zhì)粘土2層! M) d3 & G1 P 3 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)- m. S8 J; T$ % D; G- M8 u:

4、 ( s (1)地鐵20線為正在運(yùn)營的隧道，必須確保地鐵列車的運(yùn)行安全。盾構(gòu)穿越施工時的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求很高。+ G; , , t C0 7 Y# D; Y6 b6 n4 c 正在運(yùn)營地鐵2#線保護(hù)等級：一級0 u9 q+ e& 線路安全正常運(yùn)營要求：隧道內(nèi)兩軌道橫向高差2mm; d4 Z, Y) y, c4 D( E( P* G5 n/ i 軌向偏差和高低差2mm/10m(即橫向差異沉降1.4) 6 J, H3 E5 u6 c 結(jié)構(gòu)變形控制要求：隧道結(jié)構(gòu)縱向沉降與隆起5mm& P4 f$ m. z3 F0 Y$ N& 3 x6 f 隧道結(jié)構(gòu)縱向水平位移5mm% e% m- X* U% x# A0

5、 i6 g7 f 隧道收斂值20mm4 J2 o5 f4 Z7 G 監(jiān)測值超過總變形量1/2時報(bào)警，并采取應(yīng)急措施- K* ) g/ M$ 6 j, X. P (2)地鐵2#線區(qū)間隧道位于灰色淤泥質(zhì)粘土層，飽和、流塑、孔隙比大、敏感度高，屬高壓縮性土，受擾動后沉降大、穩(wěn)定時間長。在穿越前未作任何加固處理。+ f; d3 J+ r/ J1 J (3)盾構(gòu)機(jī)從堆鐵2#線隧道下方斜向穿越；穿越距離長，影響范圍大。2 y+ D& a3 t, qX) D 上行線：隧道交疊的投影長度約為96m（137217環(huán))9 O- r& D$ |6 I, |- v0 K8 * t. W7 A 下行線：隧道交疊的投影長

6、度約為69m(354412環(huán))# W4 r1 m% + U, W, 加上前后510m的影響區(qū)，施工影響區(qū)域的范圍大。& P9 w: E, P$ g) x T (4)兩隧道問的距離小，最小為1.045m。( 5 z! W& b/ d 上行線：隧道間投影交叉點(diǎn)的凈距離分別為1.045m和1.375m7 m, X) H2 h# U 下行線：隧道間投影交叉點(diǎn)的凈距離為1.719m和1.542m! Q: H( l: w! J/ Tn2 r% J3 l 據(jù)了解日本交疊隧道的間距一般較大些，且隧道所處的土層較好。) + d: 3 s2 o3 t S9 H (5)盾構(gòu)曲線穿越施工，增加了對土體的擾動。) 8

7、m, K _) ?+ 5 U 本區(qū)間上行線隧道在穿越區(qū)段的線形為，平曲線R=379.851m，豎曲線R=2995m；下行線隧道在穿越區(qū)段的線形為，平曲線R=399.851m，豎凹曲線R=2995m。5 ( F$ O: t: 9 H+ f. L 盾構(gòu)姿態(tài)與鄰近隧道的變形2 r. Y d( s, ! f( 1 n0 i5 f y 盾構(gòu)推進(jìn)時盾構(gòu)姿態(tài)的改變對周圍的影響很大。盾構(gòu)推進(jìn)時由于各種不確定因素，盾構(gòu)軸線產(chǎn)生偏差。盾構(gòu)在曲線推進(jìn)、糾偏、抬頭或后叩頭時，實(shí)際開挖斷面是橢圓形。盾構(gòu)軸線與隧道軸線偏角越大，對土體擾動也越大。% 5 u8 vn; I: 盾構(gòu)姿態(tài)變化引起的地層損失 p9 O2 gN9

8、N J6 M/ e8 X( : _ 盾構(gòu)姿態(tài)對鄰近隧道的影響，其原因是由于盾構(gòu)姿態(tài)的改變引起了地層損失。因此在研究盾構(gòu)姿態(tài)對鄰近隧道影響的時候，必須先計(jì)算出盾構(gòu)姿態(tài)變化引起的地層損失。盾構(gòu)推進(jìn)時姿態(tài)的改變對周圍土體的影響圖所示。) A# g6 b5 M1 c7 w8 S! W; pR+ s9 ; V 平曲線R=379851m時，2 J8 q$ & n6 ) I2 5 O, g A 盾構(gòu)理論糾偏轉(zhuǎn)角度： =2*actg(0.6m/379.851m)=0.1810 a d& v6 G4 W$ Y! v盾構(gòu)千斤頂每環(huán)理論伸長量： =5850mm(千斤頂分布圓直徑)*tg=18.5mm/ H) % f

9、2 W( k# G( E 盾構(gòu)機(jī)頭(尾)理論糾偏量： =8625陽(盾構(gòu)機(jī)長度)*tg/2=13.6mm/ d; K9 P# ! L A9 |: I/ g 平曲線R=399.851m時，6 J! B( a$ _! y: ; A! x8 y 盾構(gòu)理論糾偏轉(zhuǎn)角度： =2*aecg(0.6m/399.851m)=0.1720; U- M) M* E$ B! F1 o 盾構(gòu)千斤頂每環(huán)理論神長量： =5850蹭(千斤頂分布圓直徑)* tg=17.6mm) E; d6 b. j+ R5 j. h8 + Y- K 盾構(gòu)機(jī)頭(尾)理論糾偏量： =8625mm(盾構(gòu)機(jī)長度)* tg/2=12.9mm, : .

10、s1 x* / E) w* S3 P/ M/ W1 l* q 豎凹曲線R=2995m時，8 m5 o. _8 w% F) l 盾構(gòu)理論糾偏轉(zhuǎn)角度： =2宰actg(0.6m/2995m)=0.02296. n, G! z* s) b 盾構(gòu)千斤頂每環(huán)理論伸長量：=5850mm(千斤頂分布圓直徑)*tg=2.3mm e0 w( M, S- I7 F5 P2 盾構(gòu)機(jī)頭(尾)理論糾偏量： =8625mm(盾構(gòu)機(jī)長度)*tg/2=1.73mm4 d3 _+ r& Q- n% c5 j! 根據(jù)上述計(jì)算可知，盾構(gòu)機(jī)在穿越施工時，每推進(jìn)1環(huán)(1200mm)，盾構(gòu)機(jī)頭理論上就必須向右偏轉(zhuǎn)13.6mm，向上抬頭1

11、.73mm；而同時盾構(gòu)機(jī)尾必須向左偏轉(zhuǎn)13.6mm，向下磕1.73mm。事實(shí)上，盾構(gòu)機(jī)的糾偏，也不是完全按其幾何中心旋轉(zhuǎn)，實(shí)際糾偏量會更大。) v4 t, p) B7 M& z! (6)盾構(gòu)掘進(jìn)時，前倉的土壓力波動0 M! D7 |: ?# ; y7 F 隨著盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)水平的發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)的性能也有了很大的提高。土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)時，所采用的自動化控制模式，避免了人工操作易產(chǎn)生的誤差，提高了控制的精度，對上海地區(qū)的均勻軟土地層尤為適用。* B. z3 Q4 ! jG6 f! 但自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋修正有時間上的滯后性，實(shí)際土壓力的控制必然與理論設(shè) 定值存在一定的偏差。施工實(shí)踐顯示，實(shí)際

12、土壓力波動值達(dá)到0.10.12 Mpa，雖然這已達(dá)到了當(dāng)前土壓平衡式盾構(gòu)施工的先進(jìn)水平，但對于如此近距離穿越地鐵2#線的高精度控制要求，其波動值還是過高。I3 x5 # E- B) N (7)拼裝管片時，前倉的土壓力波動影響; S. n: Q5 A, U- c 盾構(gòu)每掘進(jìn)1環(huán)(1.2m)，必須停下來拼裝管片：此時，盾構(gòu)機(jī)的千斤頂控制模式轉(zhuǎn)為拼裝狀態(tài)，千斤頂液壓系統(tǒng)的額定壓力為6.5Mpa(正常推進(jìn)時千斤頂液壓系統(tǒng)的額定壓力為32Mpa)。設(shè)計(jì)的考慮是在拼裝狀態(tài)，使用個別千斤頂時，不至于頂壞管片。同時也保證了在拼裝時，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)不發(fā)生較大偏移。$ w8 a- d/ ?, K 實(shí)際施工表明，在拼

13、裝管片的過程中，盾構(gòu)機(jī)有微量的后退，前倉土壓力變?。焊鶕?jù)統(tǒng)計(jì)，拼裝管片前后的土壓力變化值可達(dá)0.1 Mpa：因此，在穿越施工時，拼裝時土壓力的波動，必然會引起周圍土體應(yīng)力(主要是正前方)的波動，從而加劇了對土體的擾動。) . A, g# m4 c( , x% q (8)上、下行線二次穿越施工的不同點(diǎn): V, h4 o% / L M1 g$ L二次穿越施工的不同點(diǎn) 下行線（首次）穿越 上行線（第二次）穿越 2 l( w& V5 V! z- J* r8 J盾構(gòu)穿越離2#線隧道的距離 首次穿越兩隧道投影交點(diǎn)的距離分別為1.719m和1.542m 第二次穿越兩隧道投影交點(diǎn)的距離為1.045m和1.75

14、m ) x* & g9 m5 L1 l斜向穿越時的夾角 斜向穿越時，夾角較小 與地鐵2#線相距6m平行推進(jìn)，然后左轉(zhuǎn)彎斜向切入，故盾構(gòu)穿越的夾角更小 2 L( P& m% t% E3 jI. F穿越施工的長度 穿越隧道交疊的投影長度約為69m（355-411環(huán)）穿越距離長達(dá)83m（350環(huán)-418環(huán)） 隧道交疊的投影長度約為96m（128環(huán)-217環(huán)），, * y m0 N( e& S. w穿越距離長達(dá)113m（127環(huán)-220環(huán)） % p2 + Z% t) J穿越區(qū)段隧道相交空間位置 平曲線（R399.851m）* a8 ? G! S& / J- P首次穿越盾構(gòu)是向左轉(zhuǎn)彎，前方擠土老頭兒應(yīng)影

15、響較小( h b* j7 r4 i- |- V G) G x豎曲線（R2995m）7 h8 0 f9 ?( m4 G2 P$ z8 A盾構(gòu)機(jī)逐環(huán)抬頭推進(jìn)4 ?. e. _, h7 F6 h地鐵2#線是處于上坡段 平曲線（R379.851m）. ?0 a3 Q# o) y3 W( c第二次穿越盾構(gòu)向右轉(zhuǎn)彎，前方擠土效應(yīng)影響較大 h5 v% R5 Z4 s9 T4 l8 k9 U豎曲線（R2995m）8 qa% |+ ( j% v& c前半段穿越盾構(gòu)機(jī)下坡，后半段逐環(huán)抬頭推進(jìn)* J: q1 A: J- D J地鐵2#線是處于下坡段 9 ! v; D2 U i* v地層擾動情況 產(chǎn)次穿越前地層未經(jīng)擾

16、動 第二次穿越地層已經(jīng)擾動，二次擾動影響更大4 盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層變形和移位的主要因素3 eH3 # Z& J5 Q 1 地質(zhì)狀況, 5 u! ! & n4 G. F 盾構(gòu)選型取決于地質(zhì)，掘進(jìn)所造成的地層位移亦與地質(zhì)有關(guān)。隧道沉降槽寬度系數(shù)i與土層的內(nèi)摩擦角及隧道埋深之間有如下關(guān)系：& 6 / C! e4 U i=Z/(2*tg(45/2)8 p& # 9 R- i+ r- b# 其中Z為隧道的埋深，為土體的內(nèi)摩擦角，對于成層土為各土層的加權(quán)平均值。另有研究指出，地表沉降槽的寬度主要取決于最接近隧道拱頂?shù)耐翆拥奶匦裕何挥诘叵滤幌碌乃淼溃乇沓两挡鄣膬A角主要取決于隧道上方承壓水土層的物理與力學(xué)特

17、性。 n8 N4 / F0 j( A9 I 2 盾構(gòu)法隧道的施工工藝2 % u+ S! v) D% o* S3 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中對土體的壓力、蛇行糾偏等對地層位移有最重要的影響。注漿材料的特性、注漿量與注漿時間以及所采用的輔助工法(如降水。凍結(jié)、加壓)也對地層的位移有很大的影響。7 J5 x% ( H6 L- y S( $ T% D 3 隧道埋深) . S4 S1 I% S/ v 盾構(gòu)法隧道施工，隧道的埋深必須大于盾構(gòu)最小覆土厚度的要求。在不同的地質(zhì)條件下，相同的埋深引起的地層變形和位移是不同的。經(jīng)典的Peck理論反映了隧道埋深與地層最大沉降量、沉降槽范圍之間的相互關(guān)系。進(jìn)一步研究指出，隧道的埋

18、深與沉降槽之間的關(guān)系可由下式來描述：$ T d8 h+ f# 4 m i/R：k*(H/D)n R2 , B( z5 a2 G6 L, E 式中：R/D為隧道的半徑/直徑，H為隧道的埋深，I為隧道軸線到地表沉降槽的距離，k與n為與地層土力學(xué)性質(zhì)及施工因素有關(guān)常數(shù)。z+ l; F% ; V8 J 大量的研究提出，在含水塑性粘土中，上式中的K=1，而n=0.8，即可簡化為：. h- |8 1 U7 J! Q5 x. H! Y i/R=(1-IYl)0.8# D5 y. w7 z* X1 F/ 8 H 4 地面載荷* v* H/ o1 B) b+ M- J 隧道上部酌載荷與地層位移的關(guān)系可用穩(wěn)定系數(shù)

19、來表述：0 l4 o) k# _! ?9 Z! E Ns=(zt)/Cu (14)! n4 s6 g, P$ b 式中：z隧道中心埋深處的總壓力，r為隧道支護(hù)壓力，! n( b- H 0 - O C,u為土體不排水抗剪強(qiáng)度。( v- ?; I; ; K+ e, J 3 P7 上海地區(qū)盾構(gòu)法隧道的實(shí)踐表明，在飽和含水的塑性粘土中，盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層沉降， 隨穩(wěn)定系數(shù)的增加而增大。當(dāng)Ns2時，地層位移較小。Ns=2-4時，地層的位移將對鄰近 (地下)構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。而Ns=4-6時，盾構(gòu)掘進(jìn)將會產(chǎn)生較大的地層位移。5 F/ L. 4 xq9 4 t 4.1 盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層位移的機(jī)理+ X3 l:

20、 0 1 Q, ( W9 Q5 Y0 J 盾構(gòu)掘進(jìn)所引起的土體變形主要成因有：掘進(jìn)引起的地層損失、地層原始應(yīng)力的變化、土體的蠕變、擾動土體的固結(jié)、襯砌結(jié)構(gòu)的變形等。因此土體位移場中任意點(diǎn)的位移可表示為：4 c1 _+ N( S% S$ _! =1+2+3+4+5. y7 ?7 h2 b3 v8 |- L# o1 X 式中：/ k. g- V& h% ?! D2 . l+ d4 E ：土體的總位移； j; i6 n: r( q 1地層損失所造成的位移；/ D7 V0 S6 V4 U! Z& R 2地層應(yīng)力改變所引起的位移；% O z6 F* c6 3土體固結(jié)與蠕變形成的位移；* KQ8 z9 k

21、- D 4襯砌結(jié)構(gòu)變形所造成的位移；% l% iH# s6 o1 e% r: n 5其他因素引起的位移； # d) x/ f. u8 V3 I 地層損失引起的地層位移6 i; u% a* r8 L3 D; b+ J 地層損失是指盾構(gòu)掘進(jìn)中實(shí)際開挖土體的體積和隧道體積(含隧道外圍注漿體體積)之 差。劉建航院士提出：盾構(gòu)掘進(jìn)中的施工工藝是造成地層損失的主要因素。/ L 7 O5 / Y9 n: 3 F+ 開挖面的土體移動3 1 Z& _4 3 A% 7 _9 $ 盾構(gòu)掘進(jìn)時，開挖面土體受到的水平應(yīng)力小于原始應(yīng)力，開挖面土體則向盾構(gòu)內(nèi)移動，引起地層損失從而導(dǎo)致盾構(gòu)上方地面沉降。反之正面土體則向上、向

22、前移動，引起負(fù)地層損失(欠挖)而導(dǎo)致盾構(gòu)上方土體的隆起。# Y0 P# F, & D: l 盾構(gòu)在曲線掘進(jìn)糾偏時，實(shí)際開挖斷面呈橢圓形，就會造成一定的地層損失。并且盾構(gòu)軸線與隧道軸線的夾角越大，則對土體的超挖量也越大，所造成的地層損失也越大。8 W5 G2 t7 j6 z6 q0 g) a# e$ D 注漿量的控制 . H. x6 u3 G: V 同時是否及時注漿，也是造成地層損失的主要原因之一。盾構(gòu)在粘性土層中推進(jìn)時，盾尾后隧道外周所形成的空隙會有較大的增加，若不適時的增加注漿量，必然加大地層損失。& u A: |) 0 |/ W3 q2 P3 B 施工引起的地層損失主要有：1正常的地層損失

23、；2不正常地層損失；3災(zāi)害性的地層損失。其中不正常地層損失和災(zāi)害性地層損失可以通過控制施工質(zhì)量來減少。0 P3 c9 r2 V7 9 N6 D g 初始應(yīng)力改變引起的地層位移* O) Z+ Z% g2 * Y1 k- w 開挖隧道其必然結(jié)果是導(dǎo)致圍巖介質(zhì)初始應(yīng)力的改變，并產(chǎn)生應(yīng)力重新分布和相應(yīng)的地層移動。/ : t6 |6 f2 s% n/ w 土體固結(jié)與蠕變形成的地層位移, - % D; J U/ j9 C: 1 c 盾構(gòu)推進(jìn)時的擠壓作用以及盾尾的壓漿等，使周圍地層形成超空隙水壓力區(qū)。超空隙水壓力將在一段時間內(nèi)消散復(fù)原，地層發(fā)生撐水固結(jié)變形，引起地層位移。同時土體受到擾動后，其骨架還將發(fā)生持

24、續(xù)時間很長的壓縮變形，在次土體蠕變過程中產(chǎn)生的地層沉降為次固結(jié)沉降。對于空隙比和靈敏度較高的軟塑和流塑性土層，蠕變所產(chǎn)生的次固結(jié)沉降往往要持續(xù)幾年，占總沉降量的比例有時可高達(dá)35。; Z2 t, _/ w) J3 g1 H8 F+ B 襯砌結(jié)構(gòu)變形引起的地層位移/ Y$ o1 h* R1 h# I3 b 襯砌結(jié)構(gòu)變引起地層位移的機(jī)理是，變形必然導(dǎo)致相應(yīng)的地層損失。襯砌結(jié)構(gòu)變形所引起的地層位移一般占地層總位移的比例較小。但當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)尺寸較大時，所產(chǎn)生的地層損失將不可忽略。* b( V& 8 I1 p5 P; m 其他因素引起的地層位移3 s% 6 F, T( y x, bQ+ 除上述主要因素外，

25、管片的滲漏水將會引起周圍土體空隙水壓力的下降，而導(dǎo)致土體固結(jié)產(chǎn)生地層位移；其次注漿材料凝固時收縮，使隧道與周圍土體之間產(chǎn)生間隙，也會產(chǎn)生相應(yīng)的地層損失。r2 o0 L6 X& c- n3 l! _ 4.2 地層的后續(xù)沉降4 x% P7 _4 N- Y2 B5 ?7 0 e 地層后續(xù)沉降在總沉降量中的比例很高。后續(xù)沉降涉及土體的固結(jié)、隧道與土體的相互作用等問題，目前尚無可直接運(yùn)用于工程實(shí)踐的理論研究?？蛇\(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對盾構(gòu)掘進(jìn)過程中地層沉降的規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，是現(xiàn)代巖土工程學(xué)重要的方法之一。0 x. l$ p4 m( V $ F. R1 a* l 4.3 盾構(gòu)機(jī)正常推進(jìn)時土體的變形狀況7 e

26、H4 E! _; M J0 K9 F K% aR 盾構(gòu)在粘性土層中掘進(jìn)，正常情況下的土體瞬時變形移動(不包括土體的長期沉降)如圖所示：) U4 d8 d- w4 y! G# 8 O: g5 H- - l% z3 K) W4 Z& O 1盾構(gòu)開挖減小了土層的水平壓力，導(dǎo)致正面土體崩塌。土體向盾構(gòu)方向移動。崩塌區(qū)域的取決于正面土壓力大??；/ O. S g) f a8 E- U! 2由于盾構(gòu)機(jī)殼與土體摩擦，導(dǎo)致盾構(gòu)側(cè)面的土體被向前擠壓；/ H l0 ?- l* wN! V( k 3盾構(gòu)正面地層的隆沉(正面土體崩塌區(qū)域以外)，取決于盾構(gòu)掘進(jìn)時土壓力；2 0 T# N5 X2 W5 z0 t 4盾尾處的

27、地層下沉，由于管片脫離盾尾時的建筑空隙的產(chǎn)生，通過同步注漿加以控制；9 0 O4 ) Q5 6 b7 C& U6 m 5土體變形沿隧道橫斷面方向的擴(kuò)展，約在盾構(gòu)下部向上仰角為45度的范圍內(nèi)。5 q- I f) m( 1 H0 i! E 盾構(gòu)推進(jìn)導(dǎo)致的土體水平位移; l* R: H4 O- |1 4 h, E( g 盾構(gòu)推進(jìn)改變了切口處土體的原始水平應(yīng)力，土體發(fā)生隆沉和水平位移；盾殼與土體之間的摩擦亦使土體產(chǎn)生水平位移；推進(jìn)時的地層損失造成土體卸荷，同樣導(dǎo)致土體發(fā)生水平位移。水平位移導(dǎo)致鄰近構(gòu)筑物承受水平荷載，因此，在盾構(gòu)穿越鄰近構(gòu)筑物時，須重視水平位移的影響。* + x, U( ?; X& T

28、 水平位移的影響范圍( y1 r: j7 l* U4 qB 盾構(gòu)推進(jìn)時，水平位移的影響范圍為切口前方15m20m。據(jù)國內(nèi)、外的一些資料表明，盾構(gòu)推進(jìn)時前方的擠壓影響范圍為2D3D(D為盾構(gòu)的直徑)。, p$ T8 f- H/ E1 K 水平位移的后期變化5 L f% ) 6 A; 1 h8 f$ D 距盾構(gòu)較近的點(diǎn)，其水平位移的后期變化較小。而離盾構(gòu)有一定距離的點(diǎn)，土體水平位移的發(fā)展在一定的時間內(nèi)仍在繼續(xù)進(jìn)行。因?yàn)槎軜?gòu)在推進(jìn)時，由于盾構(gòu)殼體與土體之間的摩擦力，導(dǎo)致土體沿盾構(gòu)推進(jìn)方向位移。而距離盾構(gòu)推進(jìn)軸線較遠(yuǎn)時，這種水平位移不是瞬時完成，位移在土體中的傳遞需要一定的時間(延時效應(yīng))。3 8 F

29、& B# b 5 穿越施工組織與方案- S% - b- a; i) d 5.1 在已建地鐵2#線隧道內(nèi)安置自動監(jiān)測系統(tǒng)V4 J3 |- c- W, o S 電子水平尺自動監(jiān)測系統(tǒng)8 & f9 Z- - u. Pq 盾構(gòu)穿越前，在地鐵2#線隧道穿越影響區(qū)段內(nèi)布設(shè)電子水平尺自動監(jiān)測系統(tǒng)，通過連接電纜將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控室，進(jìn)行實(shí)時、精確的監(jiān)測。, _& ! Y) M: P9 q3 Q4 Y: V 電子水平尺(ELBEAM)是美國SLOPEINDICATOR公司推出的測量物體傾斜(即兩點(diǎn)間高差)的儀器，將它多個連用，就能監(jiān)測物體的不均勻沉降。- a5 ; 4 C3 V6 e3 m, A0 r 構(gòu)造：

30、電水平尺的核心部分是一個電解質(zhì)傾斜傳感器(見圖)。它是利用電解質(zhì)來進(jìn)行水平偏差(即傾斜角)測量的儀器，它的顯著特點(diǎn)是測角的靈敏度很高，可達(dá)1秒(相當(dāng)于在1米的直尺上由于兩端有10微米高差形成的傾角)，而且有極好的穩(wěn)定性。2 hD# P0 ! ( S1 S% M若將一系列電水平尺首尾相接地安裝在道床上，形成上述的所謂“尺鏈”，就可得出“尺鏈”范圍內(nèi)的沉降曲線。其原理見圖。R8 J( a: 3 W- h8 U! ?& E! t0 o/ s1 6 b 電子水平尺自動監(jiān)測設(shè)備布置范圍：& o. C. h0 U# P5 O6 O# D. c; c 首次穿越時，2#線隧道上行線布設(shè)長度為60m；下行線長度

31、為72m。第二次穿越時，上行線布設(shè)長度為70m；下行線長度為72m。電子水平尺首尾相接地安裝在整體道床上。由于本次電子水平尺布設(shè)的長度的影響，實(shí)時沉降曲線的精度為0.3mm。4 V# V/ i2 , ?7 & A 同時道床上單獨(dú)橫向布設(shè)了35支電子水平尺，監(jiān)測隧道內(nèi)兩軌道的橫向高差。4 i; t( t4 S, U 自動監(jiān)控室與施工現(xiàn)場值班室之間的聯(lián)系方式：計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)每隔5分鐘傳輸一組數(shù)據(jù)。9 w. Y) N0 Y! P$ V: ) b5 隧道變形監(jiān)測系統(tǒng)0 w. Q* J9 R! u) i$ H8 e+ z 盾構(gòu)穿越前，地鐵2#線隧道影響區(qū)段內(nèi)布設(shè)了巴賽特收斂監(jiān)測系統(tǒng)，對隧道的橫斷面(圓

32、度)變形進(jìn)行實(shí)時、精確的監(jiān)測。- h4 ?0 U5 P- l7 U 巴賽特收斂監(jiān)測系統(tǒng)在本次穿越施工中作為輔助監(jiān)測措施。5 C9 ; J, M O$ t& R 隧道內(nèi)的人工監(jiān)測) x( _5 _( k/ y 在上述電子水平尺監(jiān)測范圍內(nèi)的隧道襯砌及道床上，布設(shè)了人工高程監(jiān)測點(diǎn)，每24h12次，用于檢驗(yàn)和校核電子水平尺布實(shí)時沉降數(shù)據(jù)。; j9 d* v9 _6 F- J l* U) o% h 5.2加密設(shè)置地表監(jiān)測點(diǎn)，增加測量頻率- E( D0 z+ b, w# t6 O; W I 在穿越地鐵2#線上方的世紀(jì)大道上布設(shè)二個沉降觀測斷面，軸線每5米布設(shè)一個沉降監(jiān)測點(diǎn)，同時監(jiān)測所有地面窨井。9 S-

33、v1 c3 ) R( & t6 / j 穿越地鐵2#線時4小時監(jiān)測一次，穿越初期為2小時一次。如遇變形超過報(bào)警值，將進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。+ z, n; D5 I1 h& H8 X7 u 5.3 合理設(shè)置土壓力值，防止超挖和欠挖CQ, D- J N1 v. j2 G4 D 盾構(gòu)推進(jìn)時，根據(jù)電水平尺可數(shù)據(jù)采集器和地面沉降監(jiān)測信息的反饋，及時調(diào)整土壓，從而科學(xué)合理地設(shè)置土壓力值及相宜的推進(jìn)速度等參數(shù)，防止超挖和欠挖，以減少對土體的擾動。9 5 B8 R9 O$ z1 O 5.4 穿越時降低推進(jìn)速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向，減少糾偏，特別是大量值糾偏, C- _; * I4 V+ K4 n 盾構(gòu)推進(jìn)速度對已建隧道的隆沉變形有明顯的影響。: m4 g3 m. 0 o# x/ K4 L 盾構(gòu)推進(jìn)速度與土倉正面土壓力、千斤頂推力、土體性質(zhì)等因素有關(guān)，一般應(yīng)綜合考慮。B& ! m) V& l. |2 b 穿越時的推進(jìn)速度一般為10