探讨隧道盾构穿堤过程的沉降监测与分析
       作者：刘文颖（1985-），男，现职称：助理工程师，学历：硕士，研究方向：市政工程结构设计工作。
　　路维（1988-），女，学历：硕士研究生在读，研究方向：结构无损检测。

前言
　　引水隧道在水利水电工程中起着引流水源的重要作用，其应用十分广泛。而在引水隧道施工中经常会涉及到隧道穿堤的过程，这个过程的施工质量直接关系着大堤能否安全正常运行。用盾构法修建隧道的方法因其施工速度快、对环境影响小、清洁安全等优点成为软土隧道施工中一种非常重要的方法。在隧道盾构穿堤的施工过程中，常因为对原状土的扰动和对原堤防结构的破坏而造成堤防本身的沉降。

1工程概况
　　本工程位于长江南京段南岸，共设两根内径为DN4200的盾构隧道取水管，1#盾构长度约为641.45m，2#盾构长度632.26m，将穿越长江大堤。隧道主要在粉细砂、细砂土中穿越，土质较复杂，该土层在开挖过程中易产生流砂、失稳现象，将对长江堤防产生一定的影响。
　　隧道盾构以循泵站地下结构进水间前池作为工作井，向取水头方向推进，采用网格式泥水切削盾构机进行施工。隧道施工结束后，拆除盾构机内部设备，盾构机壳体进行处理后留驻在主体结构。衬砌管片纵向、横向均采用螺栓连接。管片纵向和环向接缝防水均采用框形弹性密封垫为防水线。

2土体变形分析
　　在整个盾构过程中，地表变形呈先隆、再沉、后稳的变化状态。因地表沉陷显著部分发生在施工短期内，且基本上为不排水条件下发生。所以，施工期间的沉降控制是关键。

3沉降监测
　　3.1监测方法
　　为达到施工安全监测和动态信息化施工的目的，依据有关规范规程中对工程监测的有关要求及厂区取排水隧道盾构穿堤掘进施工特点、具体情况和相关工程的经验，在大堤上设置沉降观测点和沉降观测断面，并在堤身内部布置深层沉降观测点，以及时了解在盾构穿堤掘进施工过程中长江大堤的沉降变形情况。
　　3.1.1表面沉降监测
　　在长江大堤堤身共布设6个主要监测断面。其中在左右取排水隧道中轴线各布置一条主要监测断面，在左右取排水隧道轴线两侧各布置两条监测断面，另在堤顶两侧各布置两个沉降监测点，以监测在取排水隧道盾构穿堤掘进施工对大堤的影响范围。具体的测点数量和断面布置见示意图1。
　　测点埋设是通过在选定点位预埋钢质沉降标的方法。对堤身表面混凝土等硬覆盖层，须通过钻孔穿透将沉降标埋设在堤身的土层中，以真实反映堤身的沉降变形情况。以水准测量法实施监测。
　　3.1.2深层沉降监测
　　在堤顶共布设6个深层沉降监测孔，24个深层沉降监测点，监测孔编号为CJ1～CJ6，其中CJ1、CJ5布置在1#取水隧道中轴线上，CJ3、CJ6布置在2#取水隧道中轴线上，每孔深8m，每孔布置4个沉降监测标，上下相邻沉降监测标之间的间距为2m。
　　大堤深层沉降监测由两部分组成：一是堤内监测设备埋入部分，由沉降导管、底盖、沉降磁环组成，二是地面接收仪器-钢尺沉降仪，由测头、测量电缆、接收系统和绕线盘等部分组成。
　　3.2监测结果
　　由于盾构穿堤掘进施工，造成大堤沉降变形过大，其沉降量和沉降速率均大大超过大堤所允许的范围，大堤最大沉降量发生在2#隧道盾构掘进穿堤时堤顶2#隧道中轴线上方测点，为652mm，堤身最大沉降速率为488mm/d；堤身多处出现纵横向开裂、凹陷，存在严重的安全隐患。经现场详细踏勘调查，对大堤损坏情况进行了汇总统计。
　　堤身土体出现六条纵、横向裂缝，裂缝最大宽度达105mm，裂缝最大长度达11m，防浪墙多处出现开裂，堤身及坡脚出现不同程度的凹陷。

4监测成果分析
　　4.1从现场监测获得的有关数据资料可以看到，由于取水隧道盾构掘进穿堤施工，造成长江大堤沉降较大，其沉降量和沉降速率均大大超过长江大堤所允许的范围；堤身多处出现开裂、凹陷，损坏严重。其主要原因有：
　　（1）采用网格式泥水切削盾构机进行施工，切削泥水排至堤外，隧道主要在粉细砂、砂土中穿越，在施工过程中产生了不同程度的砂土流失等现象，从而造成堤基破坏，引起堤基和堤身沉降较大。
　　（2）盾构穿堤施工时遇到堤基沿大堤纵向布置的防渗注浆加固体，无法正常掘进，导致盾构机停滞时间较长，加剧了堤基砂土流失，导致堤基和堤身沉降迅速增大，从而出现局部塌陷等异常情况。
　　4.2由沉降变形曲线可看出，发生较大沉降量和沉降速率变化时间主要在盾构穿堤期间，在盾构穿过大堤后，沉降量逐步趋于稳定。与理论上地表变形呈先隆、再沉、后稳的变化状态相吻合。
　　4.3从两条隧道盾构穿堤施工过程的监测情况来看，1#隧道盾构掘进穿堤过程的监测资料比较完整；而在2#隧道盾构掘进穿堤时，由于堤身沉降较大，同时出现多条纵横向裂缝，施工期间在堤身反复加厚覆土，导致沉降监测点时有损坏。在监测过程中，沉降监测点多次重建。

5控制沉降的措施
　　5.1提高施工的速度和连续性。
　　5.2根据覆土厚度和地面沉降情况，及时调整土舱压力。
　　5.3控制盾构推进时的纠偏量。
　　5.4建筑空隙的及时注浆压密可抑制地表沉降。

6结束语
　　通过本工程的例子，可以看到隧道盾构穿堤过程引起的沉降量是一项不可小视的因素，它直接影响着堤坝的安全性。另外，对于盾构施工引起的地面沉降，除了用有限元建模进行模拟之外，尚无明确的理论公式来预先进行计算。因此，在施工过程中对堤坝的沉降进行准确及时的监测，可以对施工起到指导作用，从而避免危险的发生。

参考文献
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