上海軟土地鐵隧道變形影響因素及變形特征分析

1、設(shè)計(jì)與研究上海軟土地鐵隧道變形影響因素及變形特征分析王如路(上海地鐵運(yùn)營有限公司)摘 要:盾構(gòu)法隧道是上海軟土地鐵隧道的主要型式,隧道過大的縱向和橫向變形是危及結(jié)構(gòu)安全的重要病害之一。根據(jù)上海地鐵隧道結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)護(hù)實(shí)踐,對其結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的原因、變形過程及變形特征進(jìn)行了分析,所得到的結(jié)論有助于指導(dǎo)地鐵隧道日常維護(hù)和變形控制。關(guān)鍵詞:地鐵隧道;縱向沉降;變形;滲漏水;破壞 上海地鐵建設(shè)經(jīng)過近30年的持續(xù)探索、試驗(yàn)研究和實(shí)踐,在設(shè)計(jì)和施工方面取得了大量的技術(shù)成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),形成了一整套適合上海地質(zhì)條件和施工環(huán)境特點(diǎn)的地鐵建設(shè)工程設(shè)計(jì)和施工方法。目前,隨著上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的初步實(shí)現(xiàn),工作

2、日客流維持在320萬人次以上,最大日客流超過382.8萬人次,客流量占公交比重超過20%。面對如此龐大的軌道交通網(wǎng)絡(luò)和客流狀況,地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全愈顯重要。隧道變形的穩(wěn)定可控是地鐵安全運(yùn)營的重要保障之一,其縱向變形及防水研究越來越受到工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營單位的重視。1 地鐵盾構(gòu)隧道特點(diǎn)在上海軌道交通建設(shè)中,其區(qū)間隧道大多采用盾構(gòu)法施工,在盾構(gòu)隧道拼裝型式中又以通縫拼裝居多數(shù)。盾構(gòu)法隧道與其它隧道相比,其特點(diǎn)就是多縫。一般情況下,一條隧道的接縫總長度達(dá)到隧道長度的20多倍。因此,盾構(gòu)隧道的多縫已成為隧道發(fā)生滲漏水的最直接因素。單圓通縫隧道管片厚度350mm,管片混凝土強(qiáng)度為C55,抗?jié)B等級為1MP

3、a。一般隧道襯砌環(huán)由6塊管片拼裝而成,即由一塊小封頂塊F、兩塊鄰接塊L、兩塊標(biāo)準(zhǔn)塊B和一塊大拱底塊組成(見圖1)。(1)大拱底塊布置了兩條對稱的三角肋,在隧道施工期間可擱置運(yùn)輸用的軌枕,提供運(yùn)輸通道;在整體道床澆筑后,有利于加強(qiáng)道床和隧道間的整體聯(lián)系,增加隧道底部剛度,提高道床與襯砌間的環(huán)向抗剪力;在運(yùn)營期間,可控制道床與隧道脫開后發(fā)生的相對移動(dòng)。(2)在靠近隧道外弧面設(shè)彈性密封墊槽,內(nèi)弧面設(shè)嵌縫槽。(3)在管片環(huán)面中部設(shè)了較大的凹凸榫,既利于施工裝配、定位和拼裝密貼,又可以提高施工過程中承受千斤頂頂力的能力,有效防止環(huán)面壓損,同時(shí)也可提高隧道環(huán)向接頭部位的抗剪能力,有利于協(xié)調(diào)隧道縱向差異沉降

4、。圖1 通縫拼裝隧道示意圖5)1)(4)在管片端肋縱縫內(nèi)設(shè)較小的凹凸榫。(5)環(huán)向管片間以2根M30的環(huán)向螺栓緊密相連,縱向環(huán)間以17根縱向螺栓相連。既能適應(yīng)一定的縱向變形,又能滿足列車運(yùn)行時(shí)防水要求。管片之間的連接螺栓有直螺栓、斜螺栓、彎螺栓之分,直螺栓受力后變形最小。單圓錯(cuò)縫拼裝隧道的管片分塊角度與通縫拼裝略有不同,隔環(huán)相同,拱底塊不設(shè)三角肋。錯(cuò)縫拼裝隧道的縱向剛度比通縫隧道要大一些,但不論是通縫還是錯(cuò)縫拼裝,隧道總體上表現(xiàn)為/環(huán)剛縱柔0。盾構(gòu)隧道是由一系列帶凹凸榫的管片通過壓緊裝配和螺栓緊固連接而成。沿單環(huán)環(huán)向和隧道縱向的剛度不是均勻的,又因管片構(gòu)造裝配連接等因素,縱向變形和橫向收斂變形

5、在一定范圍內(nèi)相互影響,使隧道整體受力和變形變得十分復(fù)雜。一條隧道要穿越性質(zhì)不同的軟弱土層,一般存在著拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)等受力狀況。研究表明:隧道所發(fā)生的變形不僅與隧道本身結(jié)構(gòu)和裝配是否良好直接相關(guān),還與地質(zhì)條件、施工質(zhì)量、施工擾動(dòng)、內(nèi)外部荷載變化、列車發(fā)車密度及周邊工程施工影響等因素相關(guān)。根據(jù)結(jié)構(gòu)測量資料表明:建于軟弱地層中的隧道縱向變形與其下臥土層的變位極為密切。因此,無論是隧道建設(shè)期間還是運(yùn)營期間,保持隧道周圍土層的穩(wěn)定性,尤其是保持隧道下臥土層的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。2 隧道常見病害及因素分析2.1 運(yùn)營隧道常見病害現(xiàn)象通過對運(yùn)營隧道的長期監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)存在不同程度的安全病害。(1)受到各類因素

6、的影響,個(gè)別區(qū)間隧道發(fā)生了較大的縱向累計(jì)沉降量和不均勻沉降量,從而導(dǎo)致軌道線路與設(shè)計(jì)調(diào)坡不一致。(2)車站與隧道結(jié)合部位存在著不同程度的滲漏水現(xiàn)象,發(fā)生了較明顯的不均勻沉降。究其原因,是由于車站本體和隧道連接部位的縱向剛度差異較大,基礎(chǔ)剛度不一所致。(3)在區(qū)間旁通道或泵站兩側(cè)一定范圍內(nèi)的滲漏水較其它部位明顯,累計(jì)沉降和不均勻沉降要比其它部位大。主要原因是地質(zhì)條件復(fù)雜、施工經(jīng)驗(yàn)不足或施工方法不當(dāng)所致。(4)高架與地下過渡線路的U型槽段發(fā)生了較大的不均勻沉降,主要原因是基礎(chǔ)型式不同,基礎(chǔ)剛)2)度差異性較大。(5)在地鐵1號線車站中,受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件,為滿足車站抗浮安全的要求,有5座車

7、站設(shè)倒濾層。由于常年不間斷地抽水,個(gè)別車站發(fā)生了較大的縱向沉降。(6)少數(shù)管片存在缺角現(xiàn)象,個(gè)別封頂塊沿縱向有裂縫現(xiàn)象。主要原因是管片制作、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸及施工中的推進(jìn)、拼裝、注漿等因素引起的。(7)隧道變形較大的部位一般在隧道施工期間發(fā)生過事故或存在工程質(zhì)量問題,因?qū)λ淼乐車翆訑_動(dòng)過大,致使工后發(fā)生了較大的固結(jié)和次固結(jié)沉降變形。(8)一般來講,隧道環(huán)縫、十字縫及T字縫發(fā)生滲漏水相對較多,通縫滲漏水相對較少。隧道的防水問題是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要在建設(shè)期間加強(qiáng)隧道滲漏水機(jī)理、防治的研究,為運(yùn)營維修創(chuàng)造條件。(9)在隧道投入運(yùn)營一段時(shí)間后,因縱向不均勻沉降等原因,所有的小半徑曲線段和部分直線段的道床與

8、管片間發(fā)生了脫開現(xiàn)象。(10)在距隧道兩側(cè)一定范圍內(nèi)存在大量的各類加卸載及降水等工程活動(dòng),使隧道產(chǎn)生了新的附加變形。特別是大型復(fù)雜基坑工程,開挖深度深、影響范圍大、施工時(shí)間長、降壓降水時(shí)間長、變形控制難度大及工后影響時(shí)間長等,導(dǎo)致地層和隧道變形量大。目前,有些后建隧道要穿越已建隧道,盡管施工期間進(jìn)行了嚴(yán)格的信息化施工控制,但因隧道接縫的長期滲漏水和振動(dòng)相互影響,工后還是發(fā)生了一定的不均勻沉降變形。2.2 隧道病害因素分析根據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形的病害主要與下列因素相關(guān)。2.2.1 地面區(qū)域性沉降影響地面沉降的因素比較復(fù)雜,既有歷史原因,也有各類工程活動(dòng)的影響,如地下水開采、建筑施工及

9、各類降壓降水作業(yè)等。通過對上海市區(qū)地面長期沉降監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)地鐵隧道沉降與地面沉降之間存在一定的聯(lián)系和規(guī)律,凡地面沉降量大的區(qū)域,經(jīng)過此區(qū)域的地鐵隧道沉降量也比較大。2.2.2 復(fù)雜的地質(zhì)條件上海地區(qū)地表淺層系第四紀(jì)濱海相沉積,一般土層厚度可達(dá)200300m。地表以下1040m深度范圍內(nèi)是車站和隧道所處的地層,多為飽和淤泥質(zhì)流塑或軟塑黏性土層。這類土層具有中高壓縮性和較大的流變性等特點(diǎn),土層一經(jīng)擾動(dòng),其強(qiáng)度明顯降低,固結(jié)變形時(shí)間長,變形量大。工程監(jiān)測表明,不論是隧道本體施工還是近距離的各類工程施工,只要對隧道周圍土層產(chǎn)生擾動(dòng),將會(huì)在較長時(shí)間內(nèi)持續(xù)發(fā)生固結(jié)沉降。2.2.3 設(shè)計(jì)施工質(zhì)量凡在隧道施工期

10、間發(fā)生過事故、產(chǎn)生過較大變形的部位,或存在施工質(zhì)量問題的地段,在隧道投入運(yùn)營后的變形也較大。建設(shè)施工質(zhì)量和擾動(dòng)過的環(huán)境對隧道變形影響是最直接的。考慮到地鐵結(jié)構(gòu)的長期安全性,在今后設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意改進(jìn)和完善,如建議不采用設(shè)置倒濾層的方案、U型槽基礎(chǔ)剛度協(xié)調(diào)、減小和控制施工擾動(dòng)及防水耐久性等。2.2.4 列車振動(dòng)引起隧道下臥土層振陷或液化振陷是指土層在循環(huán)荷載作用下產(chǎn)生的附加沉降,振陷量與靜荷載、土層剛度以及振動(dòng)后土體軟化程度等因素相關(guān)。行車荷載和土體剛度的變化最終決定振陷值的大小。室內(nèi)試驗(yàn)和理論計(jì)算分析表明:上海的地鐵隧道在無施工質(zhì)量問題、土層無突變、盾構(gòu)施工對土層的擾動(dòng)得到恢復(fù)的情況下,地鐵列

11、車的長期振動(dòng)作用所產(chǎn)生的振陷量很小。但這種結(jié)論是以襯砌質(zhì)量較好為前提的。分析表明,隧道接縫部位的施工質(zhì)量和防滲漏水可靠性、列車動(dòng)荷載水平和行車密度、振動(dòng)頻率、地質(zhì)條件等因素都是影響土層振陷的重要因素。在隧道剛投入運(yùn)營時(shí),隧道周圍土層的固結(jié)沉降尚未完全結(jié)束,隨著列車行車密度增加,線路通過的荷載量增加,隧道沉降速率有迅速增加的趨勢。在隧道投入運(yùn)營幾年后,隧道的沉降速率有逐漸趨緩的跡象。實(shí)踐證明,加強(qiáng)對運(yùn)營隧道滲漏水部位的治理以及在防止?jié)B漏水方面的投入,對控制和減小隧道縱向變形至關(guān)重要。2.2.5 以高層建筑施工為主的臨近地鐵隧道的加卸載施工由于市區(qū)土地資源稀缺,靠近地鐵隧道附近施工的項(xiàng)目很多,施工

12、時(shí)間和空間上相互交錯(cuò),相鄰工程與隧道呈現(xiàn)/深、大、近、難、險(xiǎn)0的關(guān)系。一個(gè)深大基坑降壓降水有時(shí)要抽排地下水?dāng)?shù)千立方米,多則達(dá)上萬立方米,而且時(shí)間較長。這些工程的長時(shí)間施工對地鐵隧道變形帶來直接或間接的影響,而且這種對隧道變形的影響是巨大的、長期性的和不可逆轉(zhuǎn)的。52.2.6 隧道之間因換乘需要相互穿越施工上海軌道交通線路網(wǎng)是一個(gè)完整的可換乘網(wǎng)絡(luò),換乘節(jié)點(diǎn)多達(dá)40多處,后續(xù)線路施工自然要穿越既有線路,而且有大量市政隧道(或通道)在地鐵隧道附近或上下部穿越施工。這些工程的施工引起結(jié)構(gòu)發(fā)生隆沉和滲漏水現(xiàn)象,運(yùn)營后的長期相互影響達(dá)到明顯差異的程度。對隧道變形較大的區(qū)段可通過適當(dāng)調(diào)整扣件、道床局部改造和

13、線路順坡等措施,來滿足線路的運(yùn)營安全。如隧道縱向變形進(jìn)一步發(fā)展,就要通過實(shí)施大范圍的隧道底部注漿、道床改造、調(diào)整線路坡度及更換扣件等綜合性措施,來保障安全正常運(yùn)營。若在不中斷運(yùn)營的情況下消除結(jié)構(gòu)缺陷,施工難度和施工風(fēng)險(xiǎn)都比較高。3 隧道結(jié)構(gòu)變形特征分析3.1 隧道橫向變形特征按照設(shè)計(jì)要求,襯砌拼裝成環(huán)的水平和豎向直徑偏差4jD,嚴(yán)格限制荷載作用下結(jié)構(gòu)變形<1jD,接頭張開量<4mm,且接頭滿足受力、防水和耐久要求?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:個(gè)別接頭部位的張開量超過設(shè)計(jì)值,直徑變化量($D)也達(dá)到或超過5jD,隧道橫向變形一般呈/橫鴨蛋0形式。因隧道環(huán)向剛度不均勻,隧道全斷面收斂變形曲線不是

14、光滑的,在接頭部位存在突變。根據(jù)隧道橫向監(jiān)測的水平弦長與理論弦長之差可以看出:拱底塊完整性好、變形最小(一般在1cm之內(nèi));標(biāo)準(zhǔn)塊下部變形較小,上部逐漸變大;鄰接塊下部變形最大,上部逐漸減少,隧道橫向變形見圖2。3.2 隧道橫向收斂變形分析在隧道呈/橫鴨蛋0變形的狀況下,隧道頂、底部外弧面受壓,接縫外弧面閉合;而內(nèi)弧面受拉,管片接縫內(nèi)弧面張開。從理論上講,隧道頂部的外弧面處在壓緊狀態(tài)時(shí),不易發(fā)生滲漏水,但當(dāng)壓應(yīng)力超過接頭處的混凝土強(qiáng)度時(shí),接頭將被壓壞。因此,在縱縫間設(shè)置的彈性防水墊在一定程度上可以起到分散接頭外弧面部位的壓應(yīng)力作用。在隧道呈/豎鴨蛋0變形的狀況下,隧道頂、底部外弧面受拉,而側(cè)向

15、壓力基本不變,接縫外弧面張開;而內(nèi)弧面受壓,管片接縫內(nèi)弧面閉合。在此壓緊狀態(tài)下,隧道縱縫易發(fā)生滲漏水。假設(shè)管片拼裝完成時(shí)接頭的裝配良好,接縫平整密貼,對隧道橫向變形作如下分析。(1)當(dāng)隧道發(fā)生/橫鴨蛋0變形時(shí)。隧道頂、底)3)圖2 隧道橫向變形外弧面呈受壓狀態(tài),而對應(yīng)的內(nèi)弧面呈受拉狀態(tài)。根據(jù)封頂塊和鄰接塊的對應(yīng)關(guān)系,以及彈性防水墊和螺栓所在位置的幾何關(guān)系,當(dāng)接頭處外弧面壓緊而內(nèi)弧面張開1mm,螺栓增量約為0.66mm,止水墊張開增量0.16mm;當(dāng)接縫張開4mm,螺栓會(huì)拉長2.64mm,而止水墊僅張開增量0.63mm。由此可知:當(dāng)隧道接縫外弧面壓緊而內(nèi)弧面張開過大時(shí),螺栓易拉流,而止水墊張開量

16、卻很小,不易發(fā)生止水失效的問題。但需特別注意封頂塊與鄰接塊接頭部位的外弧面易發(fā)生壓壞問題。(2)當(dāng)隧道接頭內(nèi)弧面壓緊而外弧面張開1mm時(shí),彈性止水墊張開0.84mm,螺栓僅拉長0.36mm;當(dāng)接頭外弧面張開4mm時(shí),螺栓拉長1.43mm,彈性止水墊張開3.37mm。根據(jù)防水要求,當(dāng)外弧面張開6mm時(shí),彈性止水墊張開5.06mm,螺栓拉長2.14mm,基本處在拉流狀態(tài)。由此可知:當(dāng)隧道呈/豎鴨蛋0變形時(shí),一般封頂塊和鄰接塊內(nèi)弧面處于壓緊狀態(tài),防水墊易產(chǎn)生止水失效,應(yīng)特別注意縱縫的防水失效。理論分析表明:隧道橫向變形一般主要由接頭部位的裝配變形和管片的彈塑性變形兩部分構(gòu)成,裝配變形所占的比例似乎更

17、大一些。根據(jù)對幾處已加固完成的工程進(jìn)行的監(jiān)測,推斷隧道發(fā)生橫向變形接頭部位的張開量,螺栓應(yīng)變量超過1%,隧道的橫向直徑與正圓相比,橫向變形增量($D)接近2%)4)D,如橫向變形進(jìn)一步發(fā)展,則極有可能會(huì)危及隧道結(jié)構(gòu)的安全。隧道橫向極限變形情況的相關(guān)研究和試驗(yàn)正在開展之中。3.3 隧道縱向變形特征假定隧道在變形前處于拼裝良好狀態(tài),縱向上沒有發(fā)生附加變形,當(dāng)某一環(huán)隧道因外部荷載改變或周圍土層擾動(dòng)發(fā)生變形時(shí),會(huì)帶動(dòng)相鄰環(huán)隧道發(fā)生縱向變形,由此影響到更大范圍,從而沿隧道縱向形成一個(gè)較大的沉隆槽段。3.4 隧道縱向變形分析3.4.1 將單環(huán)隧道理想化成剛體轉(zhuǎn)動(dòng)情況假定將縱向隧道單環(huán)簡化成一個(gè)理想化的剛體

18、,環(huán)間只發(fā)生很小角度的剛體轉(zhuǎn)動(dòng),通過一系列剛體轉(zhuǎn)動(dòng)而形成隧道的縱向沉降變形。當(dāng)發(fā)生均勻沉降時(shí),隧道頂部壓緊,而底部張開$;當(dāng)隧道產(chǎn)生相對隆起時(shí),隧道底部壓緊,而隧道頂部張開$。現(xiàn)以隧道頂部受壓、底部受拉為例來分析。假定環(huán)間發(fā)生剛體微小轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)角H(見圖3)。根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)幾何條件,隧道環(huán)寬(B)、直徑(D)、環(huán)縫張開或閉合量($)及隧道縱向附加沉降曲線半徑(R)之間存在如下對應(yīng)關(guān)系:$=或=DRBR向附加沉降(或隆起)與環(huán)縫張開關(guān)系見表1。(1)若取環(huán)寬B為1.0m、隧道外徑6.2m計(jì)算,隧道縱表2 隧道縱向均勻變形與附加沉降半徑關(guān)系序號1234附加沉降(隆起)曲線半徑R/m15000(按照隧

19、道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn))1000500125隧道縱向錯(cuò)臺沉降D/mm0.0330.51.04.0圖3 隧道縱向僅發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)張開環(huán)縫不會(huì)導(dǎo)致既有的防水體系的破壞,但往往因隧道施工質(zhì)量等復(fù)雜因素,在隧道發(fā)生較小的錯(cuò)臺變形時(shí),隧道就已發(fā)生滲漏水。當(dāng)管片裝配良好的狀態(tài)下,可允許有4mm的沿環(huán)面相對滑動(dòng)。在發(fā)生較小錯(cuò)臺時(shí),縱向連接螺栓發(fā)揮抗拉剪作用,隨變形的持續(xù)發(fā)展,縱向連接螺栓開始處在屈服階段,凹凸榫也發(fā)揮抗剪,環(huán)間充填物也隨之發(fā)生錯(cuò)動(dòng),錯(cuò)臺變形的進(jìn)一步發(fā)展,凹凸榫將有可能發(fā)生剪切破壞。以下對發(fā)生1cm錯(cuò)臺時(shí)隧道變形情況進(jìn)行分析。(1)彈性止水墊變形。如果僅從彈性密封墊的尺寸來考慮,兩片密貼的止水墊徑向重疊尺寸約2

20、.3cm,在環(huán)間錯(cuò)臺變形達(dá)到1cm時(shí),兩片密封墊重疊部分仍有1.3cm。在壓緊狀態(tài)下,密封墊之間應(yīng)該不會(huì)發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,但錯(cuò)臺發(fā)生時(shí)將會(huì)對彈性密封墊產(chǎn)生剪切撕裂作用,從而導(dǎo)致密封墊之間、密封墊與管片之間產(chǎn)生較大的相對滑動(dòng),從而使水和細(xì)粒砂土沿滑動(dòng)細(xì)小縫隙滲漏進(jìn)入隧道。因此,彈性密封墊的質(zhì)量對隧道長期安全至關(guān)重要。(2)螺栓和管片的變形。一般情況下,環(huán)間凹凸榫之間的配合允許有?4mm的滑動(dòng),當(dāng)錯(cuò)臺變形達(dá)到1cm時(shí),螺栓基本已拉流,螺栓孔部位的管片也極有可能會(huì)產(chǎn)生微小的裂縫,凹凸榫發(fā)生剪切作用。同時(shí),細(xì)小泥砂和水開始從隧道外部進(jìn)入隧道,引起水流失,造成土層失穩(wěn),產(chǎn)生更大的環(huán)縫,水土流失加劇,最終導(dǎo)

21、致隧道發(fā)生失穩(wěn)破壞。(3)縱向沉降變形曲線。一個(gè)典型隧道縱向沉降曲線見圖5示,從縱向累計(jì)變形上可劃分成三段:開始階段,隧道環(huán)間錯(cuò)臺是依次增加的,但此階段的縱向變形累計(jì)量相對較小,累計(jì)曲線是向下彎曲;中間階段,環(huán)間錯(cuò)臺幾乎呈直線增加,縱向累計(jì)量較大,沒有明顯彎曲;最后階段,環(huán)縫間的錯(cuò)臺快速變小,此階段的縱向累計(jì)沉降量達(dá)到最大,曲線是向上彎曲的。無論如何,當(dāng)錯(cuò)臺變形達(dá)到1cm時(shí),必須嚴(yán)密關(guān)注隧道的漏水和變形情況,及時(shí)控制漏水漏砂,通過)5)表1 隧道縱向沉降(或隆起)與環(huán)縫張開關(guān)系序號12346附加沉降(隆起)曲線半徑R/m15000(按照隧道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn))10000622020731555環(huán)縫張開量

22、$/mm0.4150.6221.03.04.0(按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))若依此計(jì)算,當(dāng)縱縫張開量為6mm時(shí),此時(shí)隧道的彈性防水已經(jīng)失效。實(shí)際上,如此小的附加沉降半徑在實(shí)際沉降中是存在的,防水體系并沒有失效,這說明隧道只作剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的假定與隧道實(shí)際變形有一定的出入,但因其計(jì)算簡單而仍能得到廣泛應(yīng)用。3.4.2 將隧道縱向變形視為錯(cuò)臺變形情況當(dāng)某一A環(huán)隧道發(fā)生垂直沉降時(shí),會(huì)向相鄰環(huán)施加向下的壓剪力,A環(huán)隧道凹槽面的上半圓(靠近外弧面)的內(nèi)側(cè)面會(huì)受到相鄰環(huán)凸榫(靠外弧面)外側(cè)向上的作用力;A環(huán)凸榫面一側(cè)的下半圓(靠近外弧面)的外側(cè)受到相鄰環(huán)凹槽面(靠近外弧面)內(nèi)側(cè)向上的作用力(見圖4)。當(dāng)某一環(huán)隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降(

23、或隆起)時(shí),因相鄰環(huán)面上存在不同的凹凸榫面,環(huán)面上的受力部位和受力方向是不同的。 均勻錯(cuò)臺后形成的附加沉降曲線半徑R可用下式計(jì)算:R=2D2(2)式中:L為沉降盆(或范圍)半徑;R為沉降附加曲線半徑;D為沉降差。若以環(huán)寬B=1m、隧道外徑D=6.2m計(jì),要滿足隧道變形保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),兩環(huán)隧道之間的錯(cuò)臺變形量應(yīng)小于0.033mm,隧道縱向變形與附加沉降曲線之間的關(guān)系見表2。從隧道適應(yīng)錯(cuò)臺變形的構(gòu)造設(shè)計(jì)來看,隧道縱向均勻錯(cuò)臺變形在4mm范圍內(nèi)基本5圖4 隧道錯(cuò)臺變形縱向沉降及止水條的放大圖沉降變形圖。沉降量最大處的隧道橫向變形較小,在最大沉降與最小沉降的中間存在一個(gè)反彎點(diǎn),此處的沉降量不一定最大,但隧道

24、的橫向變形反而最大。在一定范圍內(nèi),隧道的縱橫向變形存在著一定的相關(guān)性。圖5 某線路區(qū)間下行線沉降曲線注漿并輔以相應(yīng)內(nèi)撐來保持隧道橢圓度,否則,后果不堪設(shè)想。圖5是某下行線隧道發(fā)生漏砂漏水經(jīng)搶險(xiǎn)后的沉降曲線。因施工不慎引發(fā)隧道漏水漏砂,環(huán)間發(fā)生了較大錯(cuò)臺沉降變形,導(dǎo)致縱向累計(jì)變形和差異沉降變形都很大,后經(jīng)搶險(xiǎn)隧道危情才得以控制。過大的錯(cuò)臺變形勢必引起隧道結(jié)構(gòu)開裂和防水失效,最終導(dǎo)致隧道破壞,幾處隧道施工過程中發(fā)生了大變形或產(chǎn)生了險(xiǎn)情的工程都驗(yàn)證了這一點(diǎn)。通過對隧道管片間的構(gòu)造關(guān)系和變形過程得知,在管片拼裝良好的情況下,環(huán)間錯(cuò)臺變形量非常小。理論分析和現(xiàn)場測量表明,隧道縱向沉降變形一般以錯(cuò)臺變形為

25、主,以剛體轉(zhuǎn)動(dòng)變形為輔。3.5 橫向變形與縱向沉降之間的關(guān)系因節(jié)能和排水需要,上海地鐵線路采用/高站位低區(qū)間0的線路型式,隧道需要穿越不同的地層,加之隧道外部荷載變化,當(dāng)隧道縱向發(fā)生沉降變形時(shí),因隧道裝配因素,在一定范圍內(nèi),橫向變形也會(huì)隨之發(fā)生變化。圖6是某區(qū)間隧道橫向變形與縱向圖6 隧道縱橫向變形關(guān)系4 結(jié)語本文結(jié)合地鐵監(jiān)護(hù)對軟土隧道變形現(xiàn)象、原因及變形特征進(jìn)行了分析。實(shí)際變形和破壞以及所進(jìn)行的分析都表明,隧道縱向變形以錯(cuò)臺變形為主。一般來講,只要隧道橫向變形<2%D、環(huán)縫錯(cuò)動(dòng)變形在毫米級范圍內(nèi),管片接頭不發(fā)生滲漏水,隧道是安全可控的。在實(shí)際工程中,還需嚴(yán)密注意/豎鴨蛋0發(fā)生時(shí)縱縫的滲

26、漏水。因此,隧道安全在很大程度上取決于管片之間的變形協(xié)調(diào)和防水體系的可靠,隧道周圍土層的穩(wěn)定是防水可靠的前提。(收稿日期:2009-01-12)6)UNDERGROUNDENGINEERINGANDTUNNELS(Quarterly)No.1Mar.2009AbstractsofMainContents(1)FactorsInfluencingDeformationofShanghaiSoftSoilMetroTunnelandDeformationAnalysisWangRuluShieldtunnelisthemostcommontypeformetrotunnelinShanghaiso

27、ftsoilarea.Theextralargedeformationintunnels'longitudinalorintransversedirectionsendangersthestructuralsafety.Accordingtothedatafromlong-termstructuralmonitoringpracticeuponshanghaimetrotunnelandmetrotunnelprotectionpractice,analysisismadetothemechanism,processandcharacteristicsofstructuraldefor

28、m-ation.Theresultswillbebeneficialtoguidetheroutinemaintenanceanddeformationcontro.l(7)SubwayMinedTunnelFullProfileExcavationFreezingCurtainOptimizationDesignMethodbyLongDistanceHorizontalFreezingWangWenshengTurn-backlinetunnelandventilationductofTianheStationofGuangzhouRailTransitLine3wereminedbyfu

29、llprofilehorizontalfreezing,drillandblastexcavation.TheoptmialdesignschemeoffreezingcurtainwascomeupwithbytheFEMcalculation,whichdeterminesthatthemostacceptableparametersofstressanddeformationoffreezingcurtain,.ie.whenthefreezingcurtainis2.0mthickandtheaver-agetemperatureis-10e,andthesafetyanalysisu

30、nderthestressanddeformation.(11)ShieldConstructionRiskEvaluationofShanghaiQingcaoshaRawWaterRiverCrossingTunnel GuYun FangJunTakethefirstsingleliningwatertunne-lShanghaiQingcaoshaRawWaterTunnelasengineeringbackground,onthebasisofdeepunderstandingofengineeringcharacteristics,clientdemand,engineer-inggeotechnicalcondition,nearbyenvironmen,tmainrisksexistingintheshieldconstructionwereident-ifiedandmaderiskrating.Combinedwiththeriskmechanism,controlmeasuresforthese