运营隧道管片错台数据统计及规律分析

摘" 要：该文依托杭州某邻近运营地铁隧道的基桩施工工程，对邻近桩基施工后管片错台进行分析，得到结果为施工后左右线隧道管片腰部的错台量较大。邻近桩基施工对附近错台量较大的管片有抑制其继续扩大的趋势，而对于错台量较小或者无错台的管片则会影响其发生错台。

关键词：运营隧道；隧道管片；错台量；桩基施工；水平位移

中图分类号：TU997" " " "文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2023）19-0092-05

Abstract： In this paper， based on the foundation pile construction project of a nearby subway tunnel in Hangzhou， the faulting of slab ends of the segment after the construction of the adjacent pile foundation is analyzed， and the results are as follows： There is a large amount of faulting of slab ends at the waist of the tunnel segment on the left and right lines after construction. The construction of adjacent pile foundation has a tendency to restrain the expansion of the segment with a large number of faults nearby， while the segment with less or no fault will affect the occurrence of the fault.

Keywords： operating tunnel; tunnel segment; number of faulting of slab endss; pile foundation construction; horizontal displacement

随着国内外地铁盾构隧道的大量建设和运营，盾构隧道纵向变形问题逐渐凸现，严重影响着隧道结构的安全[1-3]。魏纲等[4]对基坑开挖引起下卧盾构隧道转动与错台变形进行了计算分析。肖明清等[5]研究了盾构隧道施工过程中同步注浆浆液浮力引起的管片错台量变化规律。许倩倩等[6]采用数值模拟研究了同步注浆压力作用下既有纵缝错台管片进一步错台量及其影响。许倩倩等[7]通过ABAQUS软件建立三维有限元模型对非均匀注浆导致管片的纵缝错台量进行计算。张稳军等[8]通过损伤特性分析给出了超大直径盾构隧道封顶块环缝错台阈值取值建议。李翔宇等[9]根据隧道管片环缝接头处的详细构造，对管片错台模式下的隧道纵向变形进行了研究，建立了隧道纵向结构变形安全评估方法，确定了相应的控制准则和评估流程。形成了一套隧道结构纵向变形的安全评估体系。魏纲等[10]对基坑开挖引起临近盾构隧道的剪切错台变形进行了计算研究。

本文依托杭州某邻近运营地铁隧道的基桩施工工程，统计分析了近邻桩基施工后管片错台的变化规律，以及与隧道水平位移的联合分析。

1" 工程背景

1.1" 工程概况

风情大道改建工程项目工程位于杭州市萧山区，部分高架桩基距离1号线区间隧道较近，1号线隧道内径5.5 m，外径6.2 m，管片厚0.35 m，环宽1.2 m，隧道左右线净距为12.2 m。高架桥桩基采用直径为1.5 m的灌注钢套管桩，桩端嵌岩，桩长约70.0 m，桩身进入持力层（中风化砂岩）4.5 m。桥桩与隧道典型位置关系剖面如图1所示，与隧道（左线）最近水平距离为5.1 m。

1.2" 工程地质条件

本工程施工区的土体条件较为复杂，根据地勘报告，桩基施工区域从上至下土层依次为素填土、粉质黏土、黏质粉土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、含砂粉质黏土、圆砾、含砂粉质黏土、圆砾、强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。土质情况较为复杂。

2" 桩基施工后隧道管片错台分析

管片错台是指管片拼装后同一环相邻管片块间或者不同环管片之间的高度偏差，前者称环向错台，后者称纵向错台。本工程检测得到的均为纵向错台（也称环间错台）。

本次湘湖站—滨康路站区间上行线（右线）隧道管片环间错台共检测1 262环（1 376环～115环），下行线（左线）隧道管片环间错台共检测1 262环（1环～1 262环）。正值表示错台向管片内，负值表示错台向管片外。

图2为桥桩施工后左线隧道管片环间错台3点钟方向直方图，图3为桥桩施工后右线隧道管片环间错台3点钟方向直方图。由图2、图3可知：左线隧道管片3点钟方向的错台量主要分布在-6～5 mm，占据总量的97%，向管片内的错台量的范围为0～8 mm，向管片外的错台量的范围为0～7 mm，错台量超过7 mm的数量较少。右线隧道管片3点钟方向的错台量主要分布在-6～6 mm，占据总量的97%，向管片内的错台量的范围为0～13 mm，向管片外的错台量的范围为0～9 mm，向管片内和向管片外错台量超过6 mm的数量较少。

图4为桥桩施工后左线隧道管片环间错台9点钟方向直方图，图5为桥桩施工后右线隧道管片环间错台9点钟方向直方图。由图4、图5可知：左线隧道管片9点钟方向的错台量主要分布在-7～4 mm，占据总量的96%，向管片内的错台量的范围为0～8 mm，错台量超过7 mm的数量较少；向管片外的错台量的范围为0～11 mm，错台量超过7 mm的数量较少。右线隧道管片9点钟方向的错台量主要分布在-3～7 mm，占据总量的94%，向管片内的错台量的范围为0～9 mm，且错台量超过7 mm的数量较少；向管片外的错台量的范围为0～8 mm，且错台量超过3 mm的数量较少。

图6为桥桩施工后左线隧道管片环间错台最大值统计直方图，图7为桥桩施工后右线隧道管片环间错台最大值统计直方图。由图6、图7可知：左线隧道管片环间错台量主要分布在0～7 mm，占据总量的98%，错台量超过7 mm的数量较少。右线隧道管片环间错台量最大值主要分布在0～7 mm，占据总量的98%，错台量超过8 mm的数量较少。

对大直径桥桩施工后运营状态下左右线隧道各环管片环间错台进行分析，为方便观察分析，将实测值除以其样本均值，得到图8和图9，横坐标为环号，纵坐标为实测值与错台量均值的比值。

左线情况如图8所示，从各环实测值与均值的比值分布来看，管片环间错台量的分布区间：3点方向为-40～37，变化区间范围较大，统计变异系数为-8.6； 9点方向为-8～10，统计变异系数为-1.61；管片环数最大值为0～6，统计变异系数为0.39。

右线情况如图9所示，从各环实测值与均值的比值分布来看，管片环间错台量的分布区间：3点方向为-80～80，变化区间范围较大，统计变异系数为16.5；9点方向为-9～9，统计变异系数为1.42；管片环数最大值为0～6，统计变异系数为0.36。

对比分析施工后左右线的变化规律：运营隧道3点钟方向的分布范围较大，但右线相较于左线更为分散；隧道9点钟方向的较为集中；隧道同一环管片错台最大值的分布范围更集中，左右线的分布均为0～6之间。

表1为施工后隧道管片错台量概率统计表，对比左右线各项目的均值、最值、变异系数，分析得到如下结论。

1）左线管片3点、9点方向的错台主要表现为向管片外；右线管片3点、9点方向的错台主要表现为向管片内。

2）右线管片的环间错台均值大于左线的环间错台均值，推断是由于大直径桥桩施工，距离右线较近，施工对土体的扰动影响较大，从而影响到管片之间拼接。

3）管片错台标准差和变异系数，左线大于右线，说明距离基桩施工越远，隧道管片错台受其影响的敏感度、相对离散程度越高。

3" 桩基施工后与初始状态下的隧道管片错台比较

根据桩隧距为5～12 m，即桩隧距/桩长＝0.08～0.2时，采用全套管工艺进行大直径基桩施工；桩隧距为12～20 m，即桩隧距/桩长＝0.2～0.33时，采用半套管工艺，套管下沉超过隧道底以下1倍洞径；桩隧距大于20 m，即桩隧距/桩长大于0.33时，采用常规旋挖钻机进行大直径基桩施工。统计大直径桥桩桩基与右线隧道之间的距离，桩隧距为5～12 m的有249环，桩隧距为12～20 m的有306环，桩隧距大于20 m的有634环。

表2为右线（近桩）隧道管片错台量与桩隧距之间的统计表。由表3可知：当桩隧距为5～12 m时，错台量均值减少0.45 mm，即运营期错台量均值的9.7%；当桩隧距为12～20 m时，错台量均值减少0.8 mm， 即运营期错台量均值的17.4%；当桩隧距为大于20 m时，错台量均值减少0.64 mm，即运营期错台量均值的15.8%。近邻桩基施工后，隧道错台量的均值减小，近邻桩基施工对桩隧距在12～20 m处的隧道管片影响最大，其次是大于20 m隧道管片，对桩隧距在5～12 m的影响反而最小。其原因是桩基施工产生的挤土效应，使施加在管片上的非均匀附加外力减小，与环面动摩擦力与凹凸榫接触面的剪切抗力之和的差值减小（4 mm错台量为凹凸榫开始产生咬合作用时的控制值），使得凹榫和凸榫之间的咬合减小，错台量减小，说明近邻桩基的施工在一定程度上有利于减小运营隧道的错台量。

对比分析施工前后左线错台的统计可知：施工后左线错台最大值的环数峰值由5 mm往3 mm变化，错台量较大的环数数量减少，错台量为0、1 mm的环数也相应减少，近邻桩基施工后管片错台量分布变为两头向中间靠拢的分布形式。对比分析施工前后右线错台的统计可知：施工后右线错台最大值的环数峰值由5 mm往3 mm变化，错台量较大的环数数量减少，错台量为0、1 mm的环数也相应减少，近邻桩基施工后管片错台量分布变为两头向中间靠拢的分布形式。综上可知：近邻桩基施工对附近错台量较大的管片有抑制其继续扩大错台量的趋势，而对于错台量较小或者无错台的管片则会影响其发生错台。

4" 盾构隧道错台量与隧道水平位移之间的关系

提取100环近邻桩基施工时隧道管片的水平位移值和管片错台值进对比，环数为440～540环。图10为右线隧道管片同一环的水平位移和错台量的比较图，对水平位移和错台量进行拟合得到函数曲线。由图10可知：隧道水平位移曲线基本呈现正态分布；在隧道水平位移最大值处的管片错台量接近于0，即在隧道最大水平位移值附近的盾构环之间几乎不发生错台变形，只发生了整体平移其原因可能是此时为一理想状态，各衬砌环面紧贴，凹榫和凸榫正对中，隧道产生均匀沉降，即使存在沿隧道纵向的非均匀外力，此外力也小于环缝间的摩擦力。

5" 结论

基于实测数据对近邻桩基施工后的隧道管片环间错台进行统计分析，得到结论如下。

1）邻近桩基施工后，隧道左右线管片3点钟方向的错台量主要分布在-6～5 mm，都占据总量的90%以上，向管片内的错台量的范围均为0～9 mm，向管片外的错台量的范围主要为0～9 mm。左右线隧道管片3点钟方向的错台量分布范围较大，9点钟方向的错台量分布范围较为集中。

2）近邻桩基施工对附近错台量较大的管片有抑制其继续扩大错台量的趋势，而对于错台量较小或者无错台的管片则会影响其发生错台。

3）隧道水平位移曲线基本呈现正态分布；在隧道水平位移最大值处的管片错台量接近于0。

参考文献：

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第一作者简介：赵颖锋（1985-），男，高级工程师。研究方向为市政道路桥梁。

*通信作者：王立峰（1968-），男，博士，教授。研究方向为软黏土地基处理、基坑隧道。