超大直径泥水盾构隧道抗浮关键技术综述

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1、2011年地下工程与隧道2011第2期UNDERGROUNDENGINEERINGANDTUNNELSNo．2设计与研究超大直径泥水盾构隧道抗浮关键技术综述杨方勤(上海长江隧桥建设发展有限公司)摘要:介绍了盾构法隧道上浮原因、影响因素、横向与纵向相互影响的上浮分析模型，以及隧道在单液浆中上浮力确定与隧道抵抗上浮能力。以上海长江隧道为例，分析了其抗浮分析结果，提出了超大直径盾构法隧道上浮控制措施，为类似工程设计提供借鉴。关键词:超大盾构法隧道;隧道直径;抗浮;单液浆;试验;工程应用随着地下空间开发的不断发展，道路隧道的直隧道抵抗上浮的能

2、力。径已越来越增大。例如，已通车的上海长江隧道表1隧道外径与所受浮力大小的关系(外径15m)，目前正在筹建中的莫斯科隧道(外径隧道外径/m61113151819．2m)，以及上海沿江隧道(外径15．25m)等。随每延米隧道在水中上浮着盾构法隧道直径的增大，隧道受到的浮力将成倍－1282950132717672544力/kN·m增加。因此，解决抗浮问题将成为软土盾构法隧道1．2大直径隧道上浮问题研究的特点和难点向超大直径发展的关键。传统抗浮设计对隧道所受浮力进行假设(其受1超大直径盾构隧道的上浮问题到浮力为排开同体积水或浆液的重量)，并

3、利用简单公式校核，未能考虑隧道实际处于时变特性的浆1．1问题的提出液中而使其受到的浮力动态变化。据此提出的抗位于饱和软土的盾构法隧道施工中，对于刚脱浮施工措施也存在一定的缺陷，且现行相关设计规出盾尾的管片，由于泥浆、注浆浆液或地下水包裹范也没有对盾构法隧道施工期抗浮设计和技术措管片，造成局部管片浸泡在液态环境中，从而产生施做出明确的规定。因此，超大直径隧道抗浮研究上浮力。一般认为，隧道上浮力系由水或者早期流存在诸多的特点和难点:塑态浆液产生。1)隧道周围浆液的物理力学性质研究，如何定为了保证浆液在注浆过程中能够完全填充土量研究浆液时变

4、特性与隧道上浮的关系。体与管片之间的空隙，要求浆液具有良好的流动性2)建立反映隧道上浮特性的理论分析模型，能而并非“纯固态”介质。然而，随着浆液龄期的增准确地进行抗浮验算。大，其逐渐由流塑态变为固态(时变特性)，隧道在3)隧道在时变浆液中浮力动态变化，需模型试浆液中的浮力逐渐减小，此时认为浆液对隧道产生验确定。了上浮力。引起隧道上浮因素很多，而注浆均匀则4)对实际错缝拼装的盾构隧道结构自身抵抗证明了隧道外围水对其上浮并非占主导作用。为上浮的能力，用传统计算公式难以准确确定，需采此，可认为隧道受到的浮力主要由浆液引起。鉴于取隧道足尺结构

5、试验确定。注浆压力为瞬间载荷，笔者认为注浆压力不至于引5)可实际操作的抗浮措施，以及措施的效果评起隧道上浮，而流塑态浆液将会引起隧道上浮。估等。超大直径隧道由于断面大，其上浮力随着直径增大而成倍增加(见表1)，尤其是在穿越浅覆土时，1．3大直径隧道上浮实例及分析由于管片环间摩擦力较小而使其抵抗上浮能力差，在上海、广州、南京等地越江隧道施工中，都不导致上浮现象更为严重。因此，本文将主要研究流同程度地出现过管片脱出盾尾后上浮的现象。上塑态浆液对超大直径盾构隧道产生的上浮力，以及海大连路隧道使用的是直径11．22m泥水平衡盾构—1—地下工程

6、与隧道2011年施工，管片在脱出盾尾后即发生上浮，平均上浮量性因素的上浮原因较难确定。约80mm。上海延安东路南线隧道盾构出洞10d理论与实践分析表明，引起隧道上浮的主要因后隧道呈上浮趋势，上浮速率约为1mm/d，以后随素为同步注浆体的强度、强度增长速度以及盾构掘着浆液凝固，隧道逐渐停止上浮。上海耀华支路隧进速度。在保证浆液可泵送能力的情况下，其早期道采用直径14．88m泥水平衡盾构施工，盾构出洞剪切强度或屈服强度值越大且增长得越快，隧道在后隧道的上浮较为严重，在出洞段(浅覆土9．2m)该类浆液中上浮力越小;盾构掘进速度越慢，隧道隧道

7、的上浮较为明显，最大上浮量达到8．6cm。第受到浆液浮力的影响范围相应较小，上浮合力也就一次上浮为施工中轴线控制偏差引起，第二次上浮越小。一般在管片脱出盾尾后，平均上浮量高达4cm。隧道上浮计算模型应为纵向与横向相互影响1．4国内研究隧道上浮问题现状(见图1～图3)。在隧道周围浆液时变特性、隧道沈征难专家从地质条件、壁后注浆、盾构姿态受到浆液浮力动态变化、隧道实际抵抗上浮的能力入手，对盾构掘进过程中管片上浮的原因进行了分等因素的计算模型中，浆液的剪切强度、隧道的上析研究，提出了隧道上浮控制措施。由同步注浆施浮力、隧道在上浮力作用下的承

8、载能力、以及横向工过程产生的引起管片上浮、局部错台、开裂、压碎计算模型中隧道刚度折减系数与弯矩传递系数等或其他破坏形式的力，因其大小、分布形式等都与均需通过试验或分析得出。壁后注浆施工过程密切相关，是一个动态变化的力。张