軟土地區(qū)隧道泥水盾構(gòu)穿越堤防風(fēng)險(xiǎn)分析

軟土地區(qū)隧道泥水盾構(gòu)穿越堤防風(fēng)險(xiǎn)分析

1泥水盾構(gòu)穿越堤風(fēng)險(xiǎn)與橋梁相比，隧道具有良好的通風(fēng)性、較少的環(huán)境影響、較少的通航性和抗疲勞動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)。此外，隧道施工技術(shù)的日益成熟，許多隧道在中國有所改善。例如，上海長江隧道、武漢長江隧道、南京長江隧道、杭州錢江通道等。對于軟土地區(qū)水底隧道的建設(shè),多采用泥水盾構(gòu)法施工。城市水底隧道,江河沿岸一般為城市中心地帶。江河堤防是城市防洪體系的重要屏障,一旦損壞將嚴(yán)重威脅沿線百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全。且堤防結(jié)構(gòu)也會(huì)對隧道施工造成影響,增加施工難度。因此,泥水盾構(gòu)穿越堤防時(shí),采取合理有效的措施控制風(fēng)險(xiǎn),以確保堤防結(jié)構(gòu)及施工的安全,具有十分重要的意義。然而在國內(nèi)外眾多盾構(gòu)隧道施工文獻(xiàn)中,鮮有針對泥水盾構(gòu)穿越堤防的風(fēng)險(xiǎn)控制研究。本文系統(tǒng)闡述了水底隧道施工中泥水盾構(gòu)穿越堤防的風(fēng)險(xiǎn)源,論述了風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施,并結(jié)合杭州慶春路過江隧道穿越南岸防洪大堤的工程實(shí)例驗(yàn)證了本文所述泥水盾構(gòu)過堤的風(fēng)險(xiǎn)分析及控制的合理性。本文針對軟土地區(qū)水底隧道施工泥水盾構(gòu)穿越堤防的風(fēng)險(xiǎn)分析和控制研究,可為類似工程實(shí)踐提供有益的參考。2城市海底隧道泥水平衡盾構(gòu)適用于軟弱的淤泥質(zhì)黏性土、松散的砂土層、砂礫層、卵石砂礫層、砂礫和硬土的互層等地層,尤其適用于地層含水量大、上方有大水體的越江隧道和海底隧道的施工,目前廣泛應(yīng)用于我國軟土地區(qū)城市水底隧道的建設(shè)。泥水平衡盾構(gòu)的基本工作原理是在機(jī)械掘削式盾構(gòu)的前部刀盤后側(cè)設(shè)置隔板,與刀盤之間形成泥水壓力室,將加壓的泥水送入泥水壓力室,通過加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu),平衡開挖面水土壓力。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)由旋轉(zhuǎn)刀盤掘削下來的碴土經(jīng)攪拌破碎后形成高密度泥水,經(jīng)管路輸送至地面泥水處理系統(tǒng)。(1)壓力抵抗開挖面的樁表土壓力泥水盾構(gòu)施工穩(wěn)定開挖面的機(jī)制如下:(1)以泥水壓力抵抗開挖面的水土壓力以保持開挖面穩(wěn)定,同時(shí),控制開挖面變形和地基沉降。(2)泥水循環(huán)在開挖面形成弱透水性泥膜,保持泥水壓力有效作用于開挖面。(2)建筑孔隙引發(fā)的變形泥水盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),由于刀盤超挖、盾殼擠壓、盾體偏離設(shè)計(jì)軸線及盾尾間隙等,在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),盾尾不斷產(chǎn)生建筑空隙。泥水盾構(gòu)采用同步注漿對該空隙進(jìn)行填充,以抑制由于地層損失而引起的周圍地層位移。盾尾脫離已拼裝完成襯砌后,由于建筑空隙的產(chǎn)生,短時(shí)間內(nèi)土層將接近于無支護(hù)狀態(tài),同步注漿效果的好壞會(huì)直接影響到周圍地層位移的大小。3泥水盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制泥水盾構(gòu)穿越堤防,風(fēng)險(xiǎn)源來自各個(gè)方面,主要包括泥水盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制不力,復(fù)雜的地質(zhì)條件及堤防結(jié)構(gòu),機(jī)組人員操作不當(dāng)或業(yè)務(wù)不精,以及外部不利條件的影響等。3.1風(fēng)險(xiǎn)源分析及相應(yīng)的控制措施3.1.1密度對稱三角形分布的計(jì)算(1)泥水壓力:泥水盾構(gòu)切口泥水壓力控制好壞將直接影響開挖面穩(wěn)定。泥水壓力控制不當(dāng),不足以平衡開挖面水土壓力或者過大時(shí),將導(dǎo)致開挖面失穩(wěn),引起周圍地層過大位移,進(jìn)而危及上部堤防結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)穿越堤防之前,地表一般較為平坦,開挖面水土壓力的計(jì)算自切口所處地層地表算起即可。隨著切口逐漸靠近堤防,設(shè)定切口泥水壓力時(shí),必須將堤防的超載考慮在內(nèi)。下面舉一算例進(jìn)行分析。假設(shè)一堤防為碾壓式土石結(jié)構(gòu),堤防及隧道相對位置及尺寸如圖1所示。大堤結(jié)構(gòu)橫向剖面成對稱梯形(不計(jì)擋浪墻),堤頂距自然地坪he=4m;擬建隧道外徑12m;自然地坪至隧道軸線埋深H=20m;假設(shè)隧道穿越大堤前后一段距離內(nèi)軸線埋深不變,即不計(jì)地面高程變化及隧道坡度影響。計(jì)算參數(shù)取值:碾壓式土石堤主體結(jié)構(gòu)為填土,迎水坡面主要為混凝土灌砌塊石,以下有石碴墊層,取其容重γ1=21kN/m3;設(shè)地表至隧道軸線位置為單一土層,土體天然容重γ2=19kN/m3,靜止側(cè)向土壓力系數(shù)K0=0.52,黏聚力c=35.5kPa,內(nèi)摩擦角?=19°;地下水位假設(shè)位于地表以下1m,距離隧道軸線h=19m。超載作用下大堤附加應(yīng)力計(jì)算模型如圖2所示。龔曉南給出了密度對稱三角形分布的條形荷載作用下地基中應(yīng)力計(jì)算公式,梯形荷載作用下地基中附加應(yīng)力可使用疊加原理(見圖3)。梯形分布荷載ABCD作用下的附加應(yīng)力,等于ΔAED荷載作用下附加應(yīng)力減去ΔBEC荷載作用下附加應(yīng)力。參照密度對稱三角形分布的條形荷載作用下地基中應(yīng)力計(jì)算公式,計(jì)算所得圖2計(jì)算模型中z=20m處豎向附加應(yīng)力見圖4。泥水盾構(gòu)切口泥水壓力的設(shè)定,根據(jù)國內(nèi)外的諸多施工經(jīng)驗(yàn),取計(jì)算公式如下:泥水壓力設(shè)定上限值:式中:Pfu為切口泥水壓力上限值(kPa);P1,P2,P3分別為地下水壓力、靜止側(cè)向土壓力、變動(dòng)土壓力,取P3=20kPa;h,H分別為地下水位以下至隧道軸線埋深、地面至隧道中心埋深(m);γ,γw分別為土和水的容重(kN/m3)。泥水壓力設(shè)定下限值:式中:Pfl為切口泥水壓力下限值(kPa);Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù),Ka=tan2(45°–?/2)=0.51。對泥水盾構(gòu)穿越大堤前后及穿越時(shí),切口泥水壓力的設(shè)定,采用2種方法計(jì)算,以比較分析:(1)不計(jì)大堤超載影響,切口壓力自地表或堤表算起:(2)考慮大堤超載引起的附加應(yīng)力:式中:P4為大堤超載在z=20m處產(chǎn)生的水平附加應(yīng)力值,計(jì)算上限值時(shí)取P4=K0σaz|z=20(kPa),計(jì)算下限值時(shí)取P4=Kaσaz|z=20(kPa);σaz|z=20為大堤超載在z=20m處產(chǎn)生的豎向附加應(yīng)力值(kPa)。泥水壓力設(shè)定計(jì)算值見圖5,泥水壓力設(shè)定計(jì)算值差值見圖6。由圖5,6可見,是否考慮大堤超載作用,計(jì)算結(jié)果差別較大:考慮大堤超載作用,距離堤腳約23m處開挖面壓力已經(jīng)開始受到其影響,逐漸靠近大堤,至切口位于大堤軸線正下方時(shí),泥水壓力逐漸升高;不考慮大堤超載作用,泥水壓力在堤腳才開始升高,至大堤頂部平臺下方到達(dá)最大值。對于上限值或下限值,在大堤軸線至距離軸線12m處,不考慮大堤超載時(shí)偏大,最大差值達(dá)19.915kPa,位于x=5m處,即大堤平臺邊;不考慮大堤超載時(shí)偏小,最大差值達(dá)11.952kPa,位于堤腳位置。由此看來,不考慮大堤超載,僅從地表或堤面計(jì)算開挖面泥水壓力,有2個(gè)方面的危害:(1)泥水盾構(gòu)靠近大堤及通過堤腳時(shí),泥水壓力設(shè)置偏低,引起大堤坡面過大沉降;(2)泥水盾構(gòu)位于大堤下方時(shí),泥水壓力設(shè)置過高,泥水壓力對開挖面及其周圍土體產(chǎn)生較大擾動(dòng),甚至?xí)鸬瘫砺∑?。由此看?對于本算例,在盾構(gòu)切口距離大堤軸線約40m時(shí),考慮到大堤超載作用,就應(yīng)逐漸升高泥水壓力,避免泥水壓力設(shè)置過低引起大堤坡面沉降過大;盾構(gòu)位于大堤正下方時(shí),泥水壓力的設(shè)定也不能取自堤面,因大堤荷載在土中擴(kuò)散,傳遞至隧道位置已大大削弱。(2)同步注漿:盾構(gòu)隧道施工時(shí),及時(shí)充分有效地同步注漿,是控制盾尾沉降的關(guān)鍵。盾構(gòu)施工同步注漿的作用:(1)填充建筑空隙,減少地層損失沉降;(2)使地層應(yīng)力均勻作用于管片上,確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性;(3)提高隧道的止水性能;(4)填充建筑空隙,抑制襯砌脫離盾尾后在地下水作用下上浮。由此看來,有效的同步注漿,不僅可以降低地面沉降,還可以控制施工過程中襯砌位移,確保隧道的長期穩(wěn)定性。同步注漿不及時(shí)、不充分、不均勻危害主要有:(1)引起較大的盾尾沉降;(2)建筑空隙未及時(shí)填充,管片脫離盾尾后受地下水浮力作用上浮,易引起管片的破損;(3)襯砌密封防水失效或者管片錯(cuò)臺較大時(shí),起不到阻隔地下水和細(xì)小顆粒流入隧道內(nèi)部的作用;(4)襯砌周圍受力不均勻,降低管片的耐久性和長期穩(wěn)定性。同步注漿是確保隧道安全施工的關(guān)鍵之一,施工中應(yīng)通過不斷優(yōu)化,保證漿液的快速適量填充,同時(shí)提高漿液質(zhì)量,確保填注均勻。(3)盾構(gòu)姿態(tài)控制:良好的盾構(gòu)姿態(tài)控制,可以確保管片的受力均勻,避免管片因受力不均或局部受壓引起破損;同時(shí),可以減少超挖及施工擾動(dòng),降低地層損失沉降和擾動(dòng)土體固結(jié)沉降。盾構(gòu)姿態(tài)控制不良,不僅會(huì)加大建筑空隙和地層擾動(dòng),進(jìn)而加大地層位移,而且會(huì)擠壓管片引起管片破損,降低管片拼裝質(zhì)量,增加管片拼裝難度。因此,推進(jìn)過程中應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的控制,一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)欠佳,立即采取措施:(1)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生過大偏轉(zhuǎn):施工中為避免盾構(gòu)機(jī)發(fā)生過大偏轉(zhuǎn),在保證開挖面順利掘削的前提下,可以適當(dāng)降低刀盤扭矩,同時(shí)刀盤旋轉(zhuǎn)應(yīng)順時(shí)針、逆時(shí)針交替進(jìn)行。一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)朝某一方向偏轉(zhuǎn)過大,可以使刀盤朝該方向旋轉(zhuǎn)以糾正盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)。(2)盾構(gòu)機(jī)橫向偏移過大或“磕頭”、“抬頭”過大:施工中一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)偏移過大,應(yīng)利用調(diào)整千斤頂編組去糾偏,同時(shí)加強(qiáng)同步注漿管理,確保注漿效果,使成環(huán)隧道保持穩(wěn)定,提高糾偏效果。(4)機(jī)械故障:盾構(gòu)發(fā)生機(jī)械故障時(shí),會(huì)引起掘進(jìn)參數(shù)的急劇變化或控制困難,引起盾構(gòu)長時(shí)間在某一位置停機(jī),帶來較大的風(fēng)險(xiǎn),在泥水盾構(gòu)穿越堤防期間應(yīng)避免。泥水盾構(gòu)因設(shè)備故障長時(shí)間在堤防下方擱置時(shí)的危害:(1)盾構(gòu)機(jī)及其附屬設(shè)備巨大壓重壓縮下臥土層,會(huì)加劇堤防結(jié)構(gòu)沉降;(2)加大該位置拼裝完成管片的沉降,使管片不均勻沉降過大,受力不均勻;(3)因盾構(gòu)較大沉降,再次掘進(jìn)時(shí),盾構(gòu)姿態(tài)較難控制,且極易因受力不均引起管片破損。在盾構(gòu)穿越堤防之前,應(yīng)對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢修,并加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng),最大限度地避免盾構(gòu)過堤期間出現(xiàn)設(shè)備故障。盾構(gòu)施工中主要的設(shè)備故障有液壓管破裂、刀盤磨損、管片拼裝機(jī)失靈、泥漿管堵塞破裂等。在進(jìn)行盾構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)時(shí),就應(yīng)該考慮到地質(zhì)條件對掘進(jìn)的不利影響,如在進(jìn)行刀盤設(shè)計(jì)安裝及刀具的配置時(shí),就應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)穿越土層的狀況合理配置,以避免因刀具配置不合理引起的刀盤過快過大磨損。(5)掘進(jìn)速度:在保證盾構(gòu)穩(wěn)定掘進(jìn)的前提下,適當(dāng)提高掘進(jìn)速度,減少盾構(gòu)位于大堤下方的時(shí)間,可以降低盾構(gòu)壓重引起的堤防沉降。3.1.2黏土地層掘進(jìn)不利影響不利的地質(zhì)條件及復(fù)雜堤防結(jié)構(gòu)會(huì)對盾構(gòu)穿越堤防產(chǎn)生不利影響。(1)黏土中掘進(jìn)不利影響:由于黏土地層中富含黏土顆粒易形成良好的泥膜,能很好地保證開挖面的穩(wěn)定。但是,黏土地層也會(huì)對盾構(gòu)掘進(jìn)產(chǎn)生不利影響。(1)泥水回用及刀盤調(diào)整由于黏土黏聚力較大,易黏附刀盤形成泥餅;同時(shí)刀盤高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致泥水倉內(nèi)溫度升高,對泥餅有燒結(jié)促成作用。預(yù)防措施:施工中,應(yīng)及時(shí)觀察所排出碴土情況和泥漿比重變化情況,分析掌握土體黏性情況,進(jìn)行泥漿參數(shù)的調(diào)整,以降低土體的黏性和黏著力;適當(dāng)控制掘進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速,加大泥水循環(huán),控制泥土溫度的上升;控制循環(huán)水的溫度,降低刀盤溫度上升。處理措施:利用通往泥水倉的進(jìn)漿管,使用黏度比重較低的泥漿或直接使用清水沖洗刀盤;在泥餅無法沖洗清除的情況下,帶壓進(jìn)倉人工清理刀盤上的泥餅。(2)泥漿輸送的調(diào)整在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí),大塊的黏土塊進(jìn)入管路,會(huì)造成泥漿管路或泥漿泵的堵塞。泥漿管路、泥漿泵出現(xiàn)堵塞時(shí),會(huì)引起泥水壓力劇烈升高,壓力過大時(shí),甚至?xí)鹉酀{管破裂,引起泥水壓力驟降。泥水壓力的劇烈波動(dòng),對開挖面穩(wěn)定極其不利,易引起開挖面失穩(wěn),引起堤防結(jié)構(gòu)過大沉降。預(yù)防措施如下:合理調(diào)整泥漿參數(shù),同時(shí)加大泥水循環(huán),提高泥漿的碴土攜帶能力;適當(dāng)降低掘進(jìn)速度的同時(shí)加大刀盤轉(zhuǎn)速,以減少掘削下土體的尺寸,減少單位時(shí)間內(nèi)渣土的切削量以減輕管路負(fù)荷。處理措施如下:停止掘進(jìn),旁通模式下清理排漿管道內(nèi)碴土,清理完畢即可恢復(fù)正常掘進(jìn);若堵塞較為嚴(yán)重,可采用逆洗模式,反沖管路內(nèi)碴土,待沖散堆積碴土后,即可恢復(fù)正常泥水循環(huán),采取該措施需嚴(yán)格控制逆洗壓力,防止發(fā)生爆管;關(guān)掉泥漿泵進(jìn)漿口和出漿口的板閥,打開檢查口,清理泥塊即可恢復(fù)正常掘進(jìn);堵塞特別嚴(yán)重時(shí),只有關(guān)閉進(jìn)出漿控制閥,停機(jī)保壓,拆除管路,清理管路內(nèi)堵塞的碴土。(2)堤防結(jié)構(gòu)影響:不同的堤防結(jié)構(gòu)對于隧道施工擾動(dòng)的敏感性不同?；炷两Y(jié)構(gòu)堤壩同碾壓式土石堤壩相比,自身抵抗變形和不均勻沉降能力更強(qiáng)。對于碾壓式土石堤壩,由于結(jié)構(gòu)剛度較小,整體性差,局部土體位移之后易引起鄰近土體的位移,特別是坡面上土體發(fā)生較大位移時(shí),會(huì)帶動(dòng)坡面上部土體移動(dòng),甚至?xí)谄旅嫘纬苫瑒?dòng)面,引發(fā)坡面土體的整體滑動(dòng)。3.1.3施工安全風(fēng)險(xiǎn)泥水盾構(gòu)施工過程中,機(jī)組人員的操作熟練程度以及施工經(jīng)驗(yàn),對隧道建設(shè)質(zhì)量和施工安全也會(huì)產(chǎn)生顯著影響,機(jī)組人員的業(yè)務(wù)不精、決策失誤或者操作不當(dāng),都是泥水盾構(gòu)穿越堤防的風(fēng)險(xiǎn)源。因此,為確保泥水盾構(gòu)穿堤的安全,機(jī)組人員應(yīng)充分重視,配備經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員和工程師,最大限度地避免由于人員因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)。3.1.4過堤期間過堤思想(1)持續(xù)降雨:泥水盾構(gòu)穿越堤防發(fā)生持續(xù)降雨時(shí),會(huì)對大堤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。雨水滲入大堤表層土體,增加了土體容重,降低了土體內(nèi)黏聚力,使坡面易產(chǎn)生流滑。同時(shí),由于盾構(gòu)施工引起堤防土體沉降,土體內(nèi)部有裂隙產(chǎn)生,雨水沿裂隙滲入,加速了裂隙的貫通加深,易在坡面土體內(nèi)部產(chǎn)生潛在的滑動(dòng)面。因此,應(yīng)盡量避免在持續(xù)降雨時(shí)穿越大堤。若過堤期間發(fā)生持續(xù)降雨,考慮到雨水滲入增加了堤面土體容重,泥水壓力應(yīng)適當(dāng)提高0.01~0.02MPa;對于堤面由于不均勻沉降產(chǎn)生的張拉裂縫,應(yīng)及時(shí)封堵,避免雨水滲入引起裂縫的貫通。(2)江河汛期:江河汛期,江河水位升高,進(jìn)而引起岸邊地下水位升高,會(huì)加大隧道開挖面水土壓力,同時(shí)降低大堤及下臥土體的黏聚力,加大堤防土體容重的同時(shí)降低其抗剪強(qiáng)度;同時(shí),江(河)水直接作用于堤防迎水坡面時(shí),在堤防內(nèi)部產(chǎn)生滲透力,降低堤防坡面抗滑能力的同時(shí)增大其下滑力。因此,應(yīng)盡量避免在江河汛期穿越堤防。(3)堤頂車輛荷載:部分堤防頂面兼作道路,有車輛頻繁通行。盾構(gòu)下穿堤防期間,車輛荷載作用對堤防結(jié)構(gòu)和施工產(chǎn)生不利影響。盾構(gòu)下穿堤防期間,不可避免地引起堤防結(jié)構(gòu)內(nèi)部土體移動(dòng)。車輛循環(huán)荷載作用,繼續(xù)對堤面土體擾動(dòng),會(huì)加大堤面土體位移,車輛荷載同樣會(huì)加快由于不均勻沉降引起的堤防結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫的貫通。因此,對于堤面兼作道路有車輛頻繁通行的堤防結(jié)構(gòu),條件許可,在盾構(gòu)穿堤期間應(yīng)禁止車輛的通行,以避免車輛荷載的不利影響。3.2難以避免意外的發(fā)生盾構(gòu)隧道工程由于隱蔽性、施工復(fù)雜性及地質(zhì)條件不確定性等,即使對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了充分的分析和控制,有時(shí)也難以避免意外的發(fā)生。泥水盾構(gòu)穿越堤防期間,實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的監(jiān)測的實(shí)施、合理的控制標(biāo)準(zhǔn)的建立和有效及時(shí)的應(yīng)急措施的實(shí)施,對于風(fēng)險(xiǎn)控制十分關(guān)鍵。(1)不同類型駁岸結(jié)構(gòu)的沉降觀測盾構(gòu)穿越堤防前后,應(yīng)加強(qiáng)對堤防結(jié)構(gòu)的監(jiān)測,實(shí)時(shí)掌握堤防的沉降變形情況,并根據(jù)監(jiān)測實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。在堤防頂部及堤腳前方,布置若干沉降觀測斷面,以監(jiān)測盾構(gòu)施工引起的堤防沉降。盾構(gòu)距離監(jiān)測斷面約60m時(shí)就應(yīng)開始監(jiān)測,通過期間監(jiān)測頻率不低于2次/d。不同類型堤防結(jié)構(gòu)對沉降及變形的承受能力不同,通?？扇〔町惓两盗?、最大沉降量及裂縫開展寬度等作為控制指標(biāo)。具體的穿堤隧道工程,應(yīng)在詳細(xì)調(diào)查堤防結(jié)構(gòu)后,針對性地制定合理可靠的控制標(biāo)準(zhǔn)。(2)做好應(yīng)急措施及其應(yīng)急措施監(jiān)測結(jié)果超出報(bào)警值時(shí),如不均勻沉降、最大沉降量或單日沉降速度超出閾值,應(yīng)立即采取應(yīng)急措施。應(yīng)急措施應(yīng)周密可靠可行,并準(zhǔn)備必要的應(yīng)急物資,如監(jiān)測到大堤沉降過大時(shí),可采取地面灌漿,隧道內(nèi)部二次注漿等措施。在盾構(gòu)穿堤之前對堤防預(yù)期沉降計(jì)算后,如超過堤防的變形承受能力,危及堤防的結(jié)構(gòu)安全時(shí),應(yīng)對堤防事先加固,具體措施有補(bǔ)強(qiáng)注漿等。4工程實(shí)例(1)沉降觀測與分析杭州慶春路過江隧道是錢塘江江底第一條越江公路隧道,且為泥水盾構(gòu)第一次在杭州軟土地層中施工。該工程隧道分東西兩線,軸線相距約60m,由錢塘江南岸工作井出發(fā),南北方向垂直穿越錢塘江。盾構(gòu)施工主要穿越粉砂及粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂和圓礫。該工程于2003年開始規(guī)劃設(shè)計(jì),于2010年12月28日建成通車。東西線隧道盾構(gòu)垂直下穿錢塘江南岸防洪堤。錢塘江南岸大堤為碾壓式土石結(jié)構(gòu),于2002年建成,為50a一遇的標(biāo)準(zhǔn)堤塘。大堤頂部為寬8m的瀝青道路,有重型車輛頻繁通行。錢塘江南岸防洪堤示意圖見圖7。西線盾構(gòu)于2009年5月5日開始掘進(jìn),7月24日~8月3日期間穿越錢塘江南岸大堤;東線盾構(gòu)6月22日始發(fā),8月29日~9月2日穿越大堤。東西線相距60m,在正常施工情況下相互影響較小。南岸大堤坡面及堤頂布置4排沉降監(jiān)測斷面,編號D3~D6;距離堤腳約6及11m位置布置沉降監(jiān)測斷面D2,D1(見圖7)。盾構(gòu)切口距離大堤100m時(shí)量測大堤沉降監(jiān)測初始值,至切口距離堤腳20m期間,監(jiān)測頻率為1次/d;切口距離堤腳20m及盾尾離開堤腳20m期間,監(jiān)測頻率加大為3次/d;之后,仍對大堤沉降進(jìn)行監(jiān)測,隨時(shí)間推移,監(jiān)測頻率降至每3~7d一次,直至工程結(jié)束。該工程取堤面差異沉降斜率和沉降速度作為沉降控制參數(shù)。國內(nèi)對一些土石堤壩的長期現(xiàn)場監(jiān)測顯示,差異沉降斜率超過1%時(shí),堤壩開始出現(xiàn)裂縫。安全起見,取大堤差異沉降斜率報(bào)警值為0.5%;沉降速度報(bào)警值取為3mm/d。圖8為東西線隧道軸線位置大堤及堤腳前地面沉降隨盾尾離開時(shí)間的變化曲線,圖中地表隆起記為正值,地表沉降記為負(fù)值。以示區(qū)分,東線記為ED1~6,西線記為WD1~6。圖9為大堤表面沉降立體圖(圖中:X軸為垂直于隧道方向(m),X=-40m處為西線隧道軸線位置,X=40m處,東線隧道軸線位置;Y軸為平行于隧道方向(m);Z軸為大堤沉降值(mm))。東西線隧道施工,盾構(gòu)機(jī)基本相同,隧道埋深、直徑、坡度等也基本一致,土層情況也基本一致。由圖8,9可見,東西線隧道上方大堤沉降差異較大,西線隧道上方大堤沉降接近70mm,而東線控制在35mm之內(nèi),西線隧道施工引起的大堤沉降遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于東線。西線隧道穿越大堤期間,泥漿管堵塞,隨即泥漿管爆裂,引起泥水壓力劇烈波動(dòng),大堤隨之產(chǎn)生較大沉降。由此看來,東線隧道穿堤時(shí),風(fēng)險(xiǎn)控制優(yōu)于西線。東線過堤風(fēng)險(xiǎn)控制優(yōu)于西線,經(jīng)深入分析原因如下:(1)西線穿越大堤期間持續(xù)降雨,雨水入滲對施工及大堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不利影響。(2)西線盾構(gòu)靠近堤腳時(shí)(距離堤腳5~50m),泥水壓力的設(shè)定,并未考慮大堤超載影