滕丽
(上海市地下空间设计研究总院有限公司，上海200020)
摘要：以南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段TA01-2标工程为背景，应用地面出入式盾构法隧道技术( GPST)，在负覆土、浅覆土工况下针对隧道管片和周围土层进行监测。监测结果表明：地面出入段隧道变形控制在0.4%以内，盾构超浅覆土区段掘进与浅覆土工况下的发展趋势相一致。通过分析获得负覆土]_况下稳定后的横断面地表变肜曲线分布规律。研究结果为盾构施工过程的参数优化提供依据，使盾构施T对周围土体的影响处于可控状态。
关键词：地面出入式盾构法隧道技术(GPST)；监测；隧道变形
中图分类号：U455.43 文章编号：1004-4655( 2016) 03-0100-04
“地面出入式盾构法隧道技术( Ground Penetrating Shield Technology，简称GPST)”是指
盾构从地表始发，在浅覆土条件下掘进，最后在目标地点从地表到达…。GPST施T的重大难点之一就是如何控制进出地面端的地表沉降和隧道变形。本文以南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段TA01-2标工程为背景，针对GPST隧道负覆土、浅覆土施工中，面临的土层管片受力不均衡、受施工影响敏感性较强等问题进行监测，并进行分析研究，为GJPST施工参数设定和质量控制提供参考。
1工程概况
GPST示范应用工程位于南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段TA01-2标秣陵站至将军路站区间过渡段，位于既有的将军大道上，右线（盾构到达）盾构段长约123.659 m，左线（盾构始发）盾构段长约124.591 m，工程平面示意图见图1。本区间隧道盾构段采用一台直径6.34 m的GPST土压平衡盾构先从秣将区间盾构T作井南端头井右线始发，沿将军大道向南掘进至导坑地面接收和调头后，于左线盾构地面始发，在秣将区间盾构工作井接收。隧道断面主要处于①-2素填土、②-3C2粉土、②-1b2粉质黏土、④-1b1粉质黏土、J31-1全风化
安山岩、J31-2强风安山层中，现场检测地下水静止水位埋深为2.4 m。隧道管片采用双面楔型环错缝拼装，管片内径5.5 m、外径6.2 m、壁厚0.35 m、环宽1.2 m。
2施工监测内容
施工监测图见图2和图3，监测区域分布在接近导坑端的负覆土和浅覆土区域，A断面为-0.3D（D为隧道直径）覆土工况，B断面为零覆土工况，C和D断面为0.3D覆土工况，E断面为0.5D覆土工况。监测内容可分为隧道管片监测和周围土层监测两大部分，监测内容一览表见表1。通过管片监测，掌握盾构地面出入段施工中管片受土压力情况、钢筋内力分布、螺栓内力分布、变形情况等。通过土层监测，掌握盾构从施工二到后期稳定过程中，周围土层的土体变形、土压力的变化、孔隙水压力、地面沉降情况。
3施工装备和施工参数
3.1盾构装备
工程采用1台46 380 mm GPST专用土压平衡盾构施工。刀盘的形式为辐条式，开口率为60%。盾构主机身后部设置管片稳定装置，设计支撑8环的管片，采用撑靴板外圈加滚轮形式，每块管片保证一个滚轮支撑，最大支撑直径5500 mm，滚轮可向外调节50 mm。该装置能够很好地对脱出盾尾的8环管片进行支撑。
3.2施工参数
从0.5D覆土到负覆土的掘进过程中，需对盾构施工参数的设定和控制技术进行研究。根据现场数据监测，对数据进行分析研究，以获得合理可行的施工参数，设定施工控制技术。各覆土工况盾构施工主要参数如表2所示。
4监测结果与分析
4.1成环隧道变形分析
根据监测数据重点分析0.5D覆土段、0.3D覆土段和零覆土段的单环成环隧道变形情况。地面出入段不同工二况隧道管片变形汇总示意图见图4。
1)超浅覆土段隧道变形。0.5D和0.3D覆土段管片变形规律一致（见图5），在拼装阶段为横向变形，脱出盾尾后在受稳定装置作用下（横坐标1～7范围），横向变形逐步减小，在稳定装置末端趋于整圆，后期保持良好，变形量在0.1%左右。
2)零覆土段隧道变形。零覆土段隧道管片在拼装阶段为横向变形，脱出盾尾后在受稳定装置作用下，横向变形逐步减小，在稳定装置末端偏于整圆，但后期又转变为横向变形，变形量在0.2%左右（见图6）。
3)负覆土段隧道变形。-0.3D覆土段为横向变形，在稳定装置内，隧道横向变形减小，在管片脱出稳定装置后，周边土体约束力很小，使得横向变形变大，但总体变形量在0.3%左右（见图7）。
4.2地面土体变形状况
GPST盾构机采用的大开口率和土体改良措施对南京的粉土和粉质黏土适应性较好，土体扰动较小。0.5D覆土地面沉降在±5 mm以内（见图8）。土体分层沉降影响也非常小，盾构切口到达前10环左右，隆沉开始变化，在切口到达和盾尾脱出时，产生4~8 mm的隆起，以隧道左侧和上方为例（见图9～图1 1）。
盾构在进入0.3D 工况后，盾构机对周围土层的扰动加大，隧道底部的土层沉降有70 mm，隧道中部的土体沉降为28 mm，但隧道顶部的土体分层沉降只有8 mm。隧道中心右侧的土体变形在30 mm左右，沿着盾构推进方向的位移在切口到达时有50 mm（见图12）。
5对超浅覆土和负覆土工况地表变形的分析
图13~图14给出零覆土左线22环监测断面取变形稳定后横断面地表沉降分布有限元数值计算与实测数据的对比结果。从横断面沉降曲线分布结果可以看出横断面中心处地表累计沉降值最大；沉降量、隆起量沿着隧道中心线呈对称分布；沉降主要分布在距轴线两侧各10 m范围内，距轴线15 m以外区域几乎不受影响。
隧道纵断面沉降数值计算结果与实测地表沉降数据比较如图15所示，盾构机在该区段正常掘进时所引起的最终地表沉降值控制在-3～-6 mm。
实测沉降值与数值计算结果见图15，图16中横坐标代表计算点到开挖面的距离，开挖面位于图中横坐标为0处，距离为正值时代表已开挖，距离为负值时表示尚未开挖。从图16计算的数据结果可以看出：盾构掘进纵向主要影响区域为刀盘前方15 m至盾构刀盘后方30 m的距离，其中显著影响区域为刀盘前方10 m左右至盾构刀盘后方20 m左右位置区间，其间沉降量约占总沉降量的90%以上，刀盘后方25 m处沉降基本趋于稳定。最大累计沉降值在-5mm以内。
6结语
本文通过监测，得到地面出入式盾构隧道施工法盾构推进过程中隧道变形、周围土体的位移场和隧道纵、横断面地表沉降曲线。监测结果表明：地面出入段隧道变形控制在0.4%以内，盾构于超浅覆土区段掘进其纵向地表沉降过程与盾构于浅覆土掘进地表纵向沉降发展趋势及速率大体一致。研究结果可为盾构出入地面段施工过程的参数优化提供依据，从而使盾构施工对周围土体的影响处于可控状态。
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