馬文輝，楊成永，彭華，白雁，程霖，高利宏，劉志暘

（1. 北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京100044；2. 北京市地鐵運營有限公司，北京100044）

在城市建設(shè)中，鐵路的地下化由于能夠避免鐵路對城市空間的分割而日漸受到重視[1].城市中的鐵路隧道建設(shè)往往采用大直徑的泥水盾構(gòu). 泥水盾構(gòu)常通過調(diào)控掘進、泥漿以及注漿的參數(shù)來減小施工對周邊建筑物的影響[2].然而目前鮮有大直徑泥水盾構(gòu)穿越既有地鐵的工程經(jīng)驗，大直徑泥水盾構(gòu)雙洞先后穿越既有地鐵擋墻式路基的案例更是極為少見. 開展此類工程的沉降控制研究對保證既有地鐵安全運營有著較大的工程借鑒意義.

針對泥水盾構(gòu)穿越施工引起的地層及周邊建筑物沉降控制的方法，許多學(xué)者依托不同的工程做了一定的研究.袁大軍等[3]以南京長江隧道大直徑泥水盾構(gòu)施工為依托，通過現(xiàn)場監(jiān)測，研究了施工對地層的擾動機制和規(guī)律、影響范圍和程度.伍振志等[4]分析了上海長江隧道泥水盾構(gòu)穿越民房段前的試驗段地表沉降數(shù)據(jù)，預(yù)測了施工對民房的影響程度，制定了地表沉降控制措施并得到了驗證.Xie 等[5]以上海迎賓三路隧道大直徑泥水盾構(gòu)施工為依托，采用數(shù)值模擬方法，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測，提出了施工影響下地表沉降的預(yù)測方法.房倩等[6]以南京緯三路過江通道大直徑泥水盾構(gòu)施工為依托，通過現(xiàn)場監(jiān)測，研究了盾構(gòu)在砂、砂卵石地層中掘進引起的地表沉降過程和分布規(guī)律.林存剛等[7-9]、張忠苗等[10，11]以杭州慶春路過江隧道泥水盾構(gòu)掘進施工為依托，討論了盾構(gòu)施工參數(shù)對地表沉降影響，總結(jié)了施工引起地層沉降的機理及控制措施，提出了考慮盾構(gòu)頂推力、注漿壓力的預(yù)測地面隆沉的Mindlin 解法.吳世明等[12]以杭州慶春路過江隧道泥水盾構(gòu)穿越錢塘江南岸大堤施工為依托，論證了通過優(yōu)化泥水壓力、盾構(gòu)姿態(tài)、同步注漿等盾構(gòu)施工參數(shù)，可以確保堤防結(jié)構(gòu)和施工的安全.周松等[13]以上海仙霞西路隧道大直徑泥水盾構(gòu)穿越虹橋機場繞滑道施工為依托，通過試驗研究了盾構(gòu)施工參數(shù)的調(diào)控規(guī)律，分析了施工影響下機場滑道的沉降規(guī)律.梁浩等[14]以上海地鐵11 號線泥水盾構(gòu)穿越吹填土地層施工為依托，討論了施工影響下地表沉降的規(guī)律以及注漿抬升地表措施的效果.Mooney 等[15]以紐約皇后隧道泥水盾構(gòu)施工為依托，采用數(shù)值模擬方法，結(jié)合地表沉降數(shù)據(jù)，討論了盾構(gòu)空隙和注漿參數(shù)對地表沉降的影響. 謝雄耀等[16]以南寧地鐵泥水盾構(gòu)下穿居民樓施工為依托，分析了盾構(gòu)掘進參數(shù)的變化規(guī)律，在提出袖閥管注漿加固措施的同時給出了富水強滲透圓礫地層注漿漿液配比.李承輝等[17]以蘭州地鐵泥水盾構(gòu)穿越黃河施工為依托，總結(jié)了盾構(gòu)掘進參數(shù)設(shè)定、穿越黃河風(fēng)險控制等方面的經(jīng)驗.

目前研究成果多數(shù)在探討總結(jié)泥水盾構(gòu)穿越施工影響下地表沉降的規(guī)律及其控制，缺少針對穿越施工影響下地鐵路基尤其是擋墻式路基沉降的規(guī)律及其控制方法的研究；同時對盾構(gòu)施工參數(shù)的討論也僅局限于泥水壓力、同步注漿等個別參數(shù)，缺少針對掘進、泥漿、注漿等多參數(shù)的綜合研究.

京沈客專望京雙洞單線隧道采用大直徑泥水盾構(gòu)施工，在DK19+190～DK19+980 段下穿北京地鐵機場線擋墻式路基段.本文通過分析盾構(gòu)施工參數(shù)，以及地表預(yù)注漿和跟蹤注漿、隧洞內(nèi)加強注漿影響下路基沉降的規(guī)律，總結(jié)了泥水盾構(gòu)穿越施工中路基沉降控制的方法及其經(jīng)驗，為類似工程提供參考.

1 工程背景

新建隧道施工采用了中鐵氣墊-泥水平衡式盾構(gòu)，刀盤直徑10.9 m，最大刀盤轉(zhuǎn)速1.8 r/min，最大掘進速度50 mm/min，最大推力123 800 kN.

如圖1 所示，新建隧道外徑10.5 m，由9 塊襯砌管片組成，管片厚0.5 m，環(huán)寬2 m；雙洞中心線間距23.2 m.

1-1 剖面如圖2 所示，新建隧道頂部埋深17.4 m，距離既有CFG 樁底5.4 m，與既有路基平面交角55°.穿越位置處于第四系沖洪積地層，無承壓水，地層構(gòu)成及其主要參數(shù)如表1 所示.隧道洞身位于黏土、粉土、粉質(zhì)黏土和細砂的交錯地層.

圖1 穿越施工平面圖Fig.1 Layout of construction site

圖2 穿越施工縱剖面圖（單位：m）Fig.2 Longitudinal profile of construction site（unit：m）

表1 地層參數(shù)Tab.1 Properties of soil strata

既有地鐵為地面高填方懸臂式擋墻路基結(jié)構(gòu)，擋墻面板為1.98 m/塊的預(yù)制板，基底設(shè)凸榫，墻背設(shè)肋；墻底基礎(chǔ)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每10 m 設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫；基礎(chǔ)下方橫縱向均勻布置了Φ400@1900CFG 樁，樁長10 m.

位于路基下方的左線隧道第458～498 環(huán)和右線隧道第469～509 環(huán)為施工穿越段，其中各有10 環(huán)位于路基正下方.

擋墻式路基由位于地表的擋墻、地下的墻基及CFG 群樁共同構(gòu)成，在線路縱向上，其結(jié)構(gòu)縫較多、聯(lián)結(jié)性較弱；而在線路豎向上，其每組結(jié)構(gòu)單元的整體性又優(yōu)于傳統(tǒng)路基結(jié)構(gòu). 新建盾構(gòu)隧道距離CFG樁端較近，盾構(gòu)施工的影響勢必會由樁基迅速反映至路基乃至軌道結(jié)構(gòu).故而在穿越施工時需要實時監(jiān)測路基沉降，密切關(guān)注結(jié)構(gòu)單元間的沉降差異，及時調(diào)控優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)，采取必要的地層改良和沉降補償措施.

2 現(xiàn)場施工及沉降控制措施效果分析

為了實時地掌握路基的沉降情況，在穿越施工影響范圍內(nèi)的既有左右線軌道板的中心線位置布置了Z1～Z15 和Y1～Y15 計30 組沉降自動化測點，同時在第1～13 塊軌道板基礎(chǔ)布置了沉降人工測點，如圖3 所示.

新建右線盾構(gòu)在2017 年8 月10 日17：00～8 月17 日5：15、左線盾構(gòu)在11 月28 日9：00～12 月3 日17：15 先后完成了穿越路基的施工.

路基沉降自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)自2017 年7 月10 日1：30 開始采集，8 月10 日至12 月3 日（穿越施工期間），監(jiān)測頻率為1 次/（2 h）；其他時間，監(jiān)測頻率為1次/d.既有軌道板基礎(chǔ)沉降的人工監(jiān)測頻率為1 次/d.

圖3 沉降自動化測點的布置Fig.3 Distribution of automatic measured points

以新建隧道與既有線路中心線交點處的Y6、Y11 測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)為代表，通過分析得到了路基的沉降曲線，如圖4 所示.

圖4 路基沉降時程曲線Fig.4 Time history curves of embankment settlement

由圖4 不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場施工的過程可大致劃分為“地表預(yù)注漿+跟蹤注漿”階段、“右線盾構(gòu)穿越施工+工后跟蹤注漿”階段和“左線盾構(gòu)穿越施工+工后跟蹤注漿”階段等3 個階段.控制路基沉降的措施包括了地表預(yù)注漿、盾構(gòu)施工參數(shù)調(diào)控、隧洞內(nèi)加強注漿以及跟蹤注漿等，下面對控制措施及其效果逐一地進行分析.

2.1 地表預(yù)注漿及跟蹤注漿措施

為了避免盾構(gòu)穿越施工侵?jǐn)_路基下方CFG 群樁的樁端土，采用地表袖閥管注漿技術(shù)加固改良樁端、樁側(cè)土.穿越施工影響的130 m 路基段分成主、次影響區(qū)，如圖5 所示.如圖2、圖6 所示，在主影響區(qū)內(nèi)，路基兩側(cè)分別放射式地布置了A～C 計3 排和a～e 計5 排Φ42 袖閥管，袖閥管長度10～19 m，鉆孔排距、孔距均為0.75 m；在次影響區(qū)內(nèi)，路基兩側(cè)分別放射式地布置了2 排Φ42 袖閥管，其與主影響區(qū)內(nèi)A、C、b、d 等4 排袖閥管的長度和管位一致. 通過地表預(yù)注漿，在路基下方形成寬16 m、深12 m 的加固區(qū)域.注漿采用普通水泥漿液（水灰比0.8 ∶1）后退式分段注漿.

圖5 注漿加固范圍平面圖Fig.5 Grouting-reinforced area

圖6 鉆孔平面布置圖（單位：m）Fig.6 Layout of boreholes（unit：m）

主次影響區(qū)的預(yù)注漿加固完成后，清洗主影響區(qū)的注漿管，間隔保留其中的A、C、b、d 計4 排袖閥管作為跟蹤注漿管.

在預(yù)注漿前設(shè)置試驗段，每排袖閥管中每隔4根試注漿1 根，注漿壓力由0.4 MPa 逐步提高至0.7 MPa，注漿速度控制在50～70 L/min，每孔多次注漿，注漿時間間隔24 h.如圖7 所示，試驗段注漿期間，路基波動上浮至+0.3 mm；停止注漿后，因原狀土受到擾動，路基隨注漿壓力釋放、漿液固結(jié)而略微下沉至-0.12 mm.

圖7 地表注漿階段測點沉降圖Fig.7 Settlement of embankment at measured points during ground grouting

隨后在預(yù)注漿期間，注漿壓力、注漿速度分別穩(wěn)定在1.0～1.1 MPa、70～90 L/min.路基的豎向整體性較強，對注漿壓力、注漿速度等參數(shù)的變化較為敏感，其中Y11 測點在60 h 內(nèi)迅速由-0.04 mm 上浮至+0.96 mm，并保持波動穩(wěn)定.

注漿漿液中雖添加有補償收縮膨脹劑，但隨注漿的停止和漿液的固結(jié)，路基產(chǎn)生了下沉趨勢.為了抑制路基下沉，先后進行了4 次跟蹤注漿，每次注漿的壓力為1.2 MPa，平均速度為60 L/min.跟蹤注漿使路基沉降維持在+0.4 mm，為穿越施工預(yù)留了條件.

2.2 盾構(gòu)施工參數(shù)調(diào)控措施

泥水盾構(gòu)施工時通過微調(diào)氣墊倉壓力以控制泥水壓力，進而平衡開挖面的水土壓力[18-20].提取在左右線盾構(gòu)穿越施工階段，路基的沉降監(jiān)測結(jié)果如圖8所示.

圖8 穿越施工階段測點沉降圖Fig.8 Settlement of embankment at measured points during traversing

在右線盾構(gòu)穿越施工階段：在盾構(gòu)到達穿越段前，Y11 測點受施工影響即產(chǎn)生了小幅的波動上浮，穩(wěn)定在+0.7 mm 左右. 隨著盾構(gòu)進入穿越段，Y11 測點上浮達到了+1.21 mm；隨著盾構(gòu)刀盤侵入路基，Y11 測點隨即迅速下沉至-0.76 mm；直至盾構(gòu)機通過后，通過隧洞內(nèi)的加強注漿，Y11 測點上浮回升至+0.72 mm.在右線盾構(gòu)穿越施工過程中，Y6 測點的沉降規(guī)律與Y11 測點一致，但幅度較小.

在左線盾構(gòu)穿越施工階段：隨著盾構(gòu)進入穿越段，Y6 測點產(chǎn)生了小幅的下沉至+0.21 mm；隨著盾構(gòu)刀盤侵入路基，Y6 測點迅速下沉至-1.28 mm；盾構(gòu)機通過后，通過隧洞內(nèi)的加強注漿，Y6 測點上浮回升至-0.31 mm.

如圖4 所示，在右線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后的103 d 和左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后，先后7 次（4 次+3次）視路基沉降的縱向分布情況，進行了跟蹤注漿，有效地抑制甚至糾正了路基沉降. 跟蹤注漿的壓力穩(wěn)定在1.1 MPa，速度為30～60 L/min，注漿范圍和速度根據(jù)實時反饋的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整.

將路基沉降自動化測點在右、左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束及工后沉降穩(wěn)定等3 個階段的監(jiān)測值擬合出路基沉降槽曲線，如圖9 所示.在右、左線盾構(gòu)先后穿越施工結(jié)束后，沉降槽曲線呈現(xiàn)出了由“V”型到“U”型的變化.同時由于在路基縱向上進行了多次的跟蹤注漿，沉降槽曲線并不平滑；由于跟蹤注漿的抬升作用，在路基沉降穩(wěn)定后，沉降槽曲線最終呈現(xiàn)出了“W”型.

圖9 路基沉降槽曲線圖Fig.9 Resulting settlement troughs on embankment

為了便于對比左右線盾構(gòu)掘進、泥漿、注漿等施工參數(shù)的變化趨勢，下面的討論中將左線隧道第458～498 環(huán)和右線隧道第469～509 環(huán)的不同施工參數(shù)繪制在了以環(huán)數(shù)為橫坐標(biāo)的圖中.

2.2.1 掘進參數(shù)分析

泥水盾構(gòu)掘進參數(shù)主要包括了泥水壓力、掘進速度、頂推力、刀盤扭矩以及刀盤轉(zhuǎn)速.穿越段的左右線盾構(gòu)掘進參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2，繪制如圖10.

表2 盾構(gòu)掘進參數(shù)Tab.2 Shield tunneling parameters

分析表2 和圖10 不難發(fā)現(xiàn)：左線盾構(gòu)掘進參數(shù)相比右線，泥水壓力由0.209 MPa 提高至0.210 MPa，位于路基正下方的左線盾構(gòu)泥水壓力均值更是提高至0.215 MPa；掘進速度在保持勻速前提下由23 mm/min 提高至26 mm/min；頂推力提高了1.3 倍至48 366 kN，同時刀盤扭矩也隨之提高了1.2 倍至5.07 MN·m；而刀盤轉(zhuǎn)速則由1.05 r/min 降低至1.03 r/min，且波動幅度減小.

圖10 盾構(gòu)掘進參數(shù)曲線Fig.10 Curves of shield tunneling parameters

綜合分析盾構(gòu)掘進參數(shù)變化與路基沉降的關(guān)系可知：合理且較高的泥水壓力、頂推力，均勻且較快的掘進速度，平穩(wěn)且較低的刀盤轉(zhuǎn)速，可在減小刀盤對地層的擾動、開挖面維持穩(wěn)定的前提下，確保盾構(gòu)快速通過穿越段. 泥水壓力宜控制在0.212～0.216 MPa，調(diào)整幅度不大于0.005 MPa；頂推力宜控制在47 000～51 000 kN；掘進速度宜保持在26～28 mm/min，可有效地減小施工對路基沉降影響.

2.2.2 泥漿參數(shù)分析

泥水盾構(gòu)主要通過控制泥漿的比重與黏度保證泥漿的質(zhì)量.泥漿由膨潤土、CMC、純堿、水組成，配合比為60 ∶0.28 ∶3.3 ∶1 000.盾構(gòu)每掘進2 環(huán)拌制1 次新鮮泥漿用于調(diào)整泥漿指標(biāo).

穿越段的左右線盾構(gòu)泥漿參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3，繪制如圖11.

表3 盾構(gòu)泥漿參數(shù)Tab.3 Shield slurry parameters

分析表3 和圖11 不難發(fā)現(xiàn)：左線盾構(gòu)泥漿參數(shù)相比右線，進漿比重由1.18 g/cm3提高至1.20 g/cm3，進漿黏度由19.39 s 提高至19.53 s.

圖11 盾構(gòu)泥漿參數(shù)曲線Fig.11 Curves of shield slurry parameters

綜合分析盾構(gòu)泥漿參數(shù)變化與路基沉降的關(guān)系可知：較高的漿液比重和黏度有利于維持開挖面的穩(wěn)定、減小路基的沉降；進漿比重宜保持在1.19～1.24 g/cm3，進漿黏度宜保持在20～22 s.

除此之外，泥漿的含砂率、析水量以及pH 值亦為重要參數(shù).在本工程中，為了保證泥膜的形成與穩(wěn)定，泥漿含砂率控制在3%；根據(jù)指標(biāo)監(jiān)控數(shù)據(jù)，適量適時地添加純堿、黏土、膨潤土和CMC，降低含砂率、提高泥漿黏度.同時泥漿的析水量＜5%，pH=8.1，膠體率≥96%，失水量≤25 mL/30 min.

2.2.3 同步注漿參數(shù)分析

盾尾分六路同時進行同步注漿，及時足量地填充盾尾建筑空隙，達到減小地層沉降、穩(wěn)定管片結(jié)構(gòu)、控制掘進方向、提高隧道防水能力的目的.同時通過管片注漿孔，每2 環(huán)注射1 道聚氨酯密封環(huán)，封堵、固定管片外側(cè)漿液，避免漿液前后流動.

同步注漿參數(shù)主要包括了注漿壓力和注漿量.穿越段的左右線盾構(gòu)同步注漿參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表4，繪制如圖12.

表4 盾構(gòu)同步注漿參數(shù)Tab.4 Shield synchronous grouting parameters

圖12 盾構(gòu)同步注漿參數(shù)曲線Fig.12 Curves of shield synchronous grouting parameters

分析表4 和圖12 不難發(fā)現(xiàn)：左線盾構(gòu)同步注漿參數(shù)相比右線，注漿壓力由0.28 MPa 提高至0.35 MPa，大于同等埋深的泥水倉壓力0.08～0.26 MPa；注漿量由27.4 m3提高至32.2 m3.

右線盾構(gòu)施工時，同步注漿漿液選用膨潤土-水泥砂漿，由水泥、礦渣粉、粉煤灰、膨潤土、細砂、微膨脹劑、絮凝劑以及水組成，質(zhì)量比200 ∶50 ∶273 ∶100∶350 ∶15 ∶12 ∶1 000，漿液初凝時間為6～10 h.左線盾構(gòu)施工時，同步注漿漿液中提高了水泥、粉煤灰的比重，添加了早強劑，使得漿液初凝時間縮短至4 h，提高了注漿初期的強度和效果.

盾構(gòu)機的理論注漿量為13.44 m3，右線、左線盾構(gòu)實際同步注漿量均值與理論注漿量的比值分別為2.0、2.4.

綜合分析盾構(gòu)同步注漿參數(shù)變化與路基沉降的關(guān)系可知：合理且較高的注漿壓力、注漿量有利于填充盾尾建筑空隙，抑制地層沉降；注漿壓力宜控制在0.35～0.4 MPa，大于同等埋深的泥水倉壓力0.15～0.2 MPa；注漿量宜控制在32～35 m3，為理論注漿量的2.3～2.5 倍.

2.3 隧洞內(nèi)加強注漿措施

如圖13 所示，穿越段的盾構(gòu)隧道管環(huán)增設(shè)了17個注漿孔.待管環(huán)從盾尾脫出后，通過增設(shè)的注漿孔向地層鉆設(shè)3 m 長的注漿管，添加了補償收縮膨脹劑的超細水泥-水玻璃漿液通過注漿管壓注，迅速地填充、支撐地層，抑制甚至減小路基沉降.

圖13 隧洞內(nèi)加強注漿（單位：m）Fig.13 Reinforcement grouting（unit：m）

左右線盾構(gòu)在施工時均采取了隧洞內(nèi)加強注漿措施，減小了路基沉降.分析圖8 中左線盾構(gòu)穿越后的路基沉降：待盾構(gòu)管環(huán)從盾尾脫出后，左線隧道即刻開始隧洞內(nèi)加強注漿，注漿壓力、速度分別保持在1.2 MPa、100 L/min，使得路基在15 h 內(nèi)迅速上浮了1.12 mm 達到-0.23 mm.

繪制右、左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束時，既有路基13塊軌道板基礎(chǔ)的人工監(jiān)測沉降曲線，如圖14 所示.在右線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后，第1～5 塊基礎(chǔ)受先期地表預(yù)注漿加固的影響，呈現(xiàn)上浮狀態(tài)；而第6～13塊基礎(chǔ)受穿越施工的影響，呈現(xiàn)近似“U 型槽式”沉降.在左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后，第1～5 塊基礎(chǔ)受左線盾構(gòu)穿越施工的影響較大而產(chǎn)生下沉，而第6～13塊基礎(chǔ)受跟蹤注漿抬升影響略有上浮，最終13 塊軌道板基礎(chǔ)呈現(xiàn)近似“W 型槽式”沉降.不同于普通路基，板式基礎(chǔ)的單元結(jié)構(gòu)剛度較大，板間縱向產(chǎn)生了差異沉降，最大差異沉降為0.3 mm.

在穿越施工期間，Y6 和Y11 測點最大上浮分別為0.74 mm 和1.21 mm，最大沉降為-1.3 mm 和-1.37 mm. 而最終通過沉降自動化監(jiān)測指導(dǎo)下的預(yù)注漿改良加固地層、盾構(gòu)施工參數(shù)實時調(diào)控、隧洞內(nèi)加強注漿和地表跟蹤注漿補償抬升等措施的綜合運用，Y6、Y11 測點在-0.7 mm 小幅波動并最終穩(wěn)定.既有地鐵運營的安全得到了保證.

圖14 既有軌道板基礎(chǔ)沉降曲線Fig.14 Settlement curves of existing slabs

3 盾構(gòu)施工參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析

前面逐一對比了左右線盾構(gòu)施工時掘進、泥漿、注漿等3 類11 種參數(shù)的變化特征，但由于各參數(shù)的量綱及值域存在差異，難以直觀地辨識不同參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系. 為此，需要采用線形函數(shù)歸一化方法[21]，力求在同一尺度下揭示不同施工參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，以及關(guān)鍵施工參數(shù)對路基沉降的影響.

考慮到左右線盾構(gòu)施工對路基沉降的影響規(guī)律較為一致，下面以左線盾構(gòu)的施工作為分析對象.

3.1 掘進參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系

頂推力是驅(qū)使盾構(gòu)掘進的主要參數(shù)，伴隨著盾構(gòu)的掘進，掘進速度和刀盤扭矩等參數(shù)相應(yīng)變化.將掘進速度與刀盤轉(zhuǎn)速的比值定義為“每轉(zhuǎn)切深”，作為衡量掘進效率的指標(biāo)[22].分析中先將所用參數(shù)做了歸一化處理.

如圖15 可知，隨頂推力的增大，每轉(zhuǎn)切深呈現(xiàn)增大的趨勢；而隨著每環(huán)切深的提高，刀盤旋轉(zhuǎn)阻力增大，進而刀盤扭矩增大.

圖15 刀盤扭矩、頂推力與每轉(zhuǎn)切深關(guān)系Fig.15 Relationship between cutter-head torque，thrust force and cutter depth per revolution

由于受掘進速度和刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)的影響，刀盤扭矩與頂推力的關(guān)聯(lián)關(guān)系在圖10 中表征不明確.為此，將刀盤扭矩與頂推力分別除以每轉(zhuǎn)切深，在消除了參數(shù)影響后，將得到的新數(shù)據(jù)分別做歸一化處理，繪制圖16.不難發(fā)現(xiàn)，新數(shù)據(jù)間不僅有著相同的變化趨勢，且“刀盤扭矩/每轉(zhuǎn)切深”稍滯后于“頂推力/每轉(zhuǎn)切深”發(fā)生變化，進一步地表明了刀盤扭矩是在頂推力施加后產(chǎn)生的.

圖16 刀盤扭矩與頂推力相關(guān)關(guān)系Fig.16 Relationship between cutter-head torque and thrust force

3.2 泥漿參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系

泥水平衡盾構(gòu)通過泥漿循環(huán)在開挖面形成泥膜來維持土體穩(wěn)定，泥漿性能需要根據(jù)地層條件和掘進要求而實時調(diào)配.將進出漿比重、黏度等參數(shù)做歸一化處理后，繪制圖17.不難發(fā)現(xiàn)，出漿參數(shù)和進漿參數(shù)的變化趨勢較為一致，且其變化較進漿參數(shù)的變化略顯遲滯.

圖17 泥漿參數(shù)相關(guān)關(guān)系Fig.17 Relationship between unit weight of slurry and its viscosity

注漿參數(shù)中注漿壓力與注漿量的設(shè)定相對獨立，關(guān)聯(lián)性較弱.由于同步注漿、隧洞內(nèi)加強注漿和地表跟蹤注漿等措施的參數(shù)選取合理、施作時間銜接緊密，路基的工后沉降在多重措施綜合作用下，得到了有效的控制.

3.3 施工關(guān)鍵參數(shù)對路基沉降影響

由上述分析結(jié)果，除泥水壓力外，將頂推力和泥漿比重、泥漿黏度也作為施工關(guān)鍵參數(shù)加以討論.現(xiàn)對Y6 測點沉降和施工關(guān)鍵參數(shù)分別做歸一化處理并對數(shù)據(jù)曲線進行多項式擬合，繪制圖18，以更加直觀清晰地識別參數(shù)變化趨勢和時間順序，評價參數(shù)變化對路基沉降的影響.

圖18 施工參數(shù)與路基沉降關(guān)系Fig.18 Relationship between construction parameters and settlement of embankment

從圖18 中不難看出，在盾構(gòu)經(jīng)過Y6 測點位置前后的第10～20 環(huán)，Y6 測點沉降速率較大，頂推力的變化較小，但此時泥水壓力、泥漿比重和黏度的逐步提高，使Y6 測點的沉降得到了明顯的抑制.印證了泥水盾構(gòu)是通過調(diào)控泥水壓力和泥漿物理性能維持開挖面的穩(wěn)定[18].

泥水壓力的提高加快了泥漿顆粒滲透、填充地層的速度；泥漿的比重較高說明了其中含有較多的顆粒，滲透、填充地層的能力較強；而泥漿的黏度較高則能夠充分保證顆粒間的黏結(jié)性. 由此看來泥水壓力和泥漿物理性能的提高，縮短了泥漿成膜的時間，維持了開挖面的穩(wěn)定.

4 結(jié) 論

結(jié)合京沈客專望京隧道泥水盾構(gòu)雙洞下穿北京地鐵擋墻式路基段的工程實例，采用現(xiàn)場監(jiān)測手段，分析了泥水盾構(gòu)施工參數(shù)變化、地表及隧洞內(nèi)注漿對既有路基沉降的影響規(guī)律以及控制方法，得到如下結(jié)論：

1）雙洞隧道先后穿越施工對路基沉降的影響規(guī)律較為一致.結(jié)合沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，綜合運用地表預(yù)注漿、地表跟蹤注漿、隧洞內(nèi)加強注漿等注漿措施，可有效地控制路基沉降.

2）盾構(gòu)施工參數(shù)需根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整，在減小地層擾動、維持開挖面穩(wěn)定的前提下快速通過穿越段. 盾構(gòu)掘進應(yīng)保持較高的頂推力和泥水壓力、較小的刀盤轉(zhuǎn)速，泥水壓力調(diào)整幅度不大于0.005 MPa；進漿漿液應(yīng)維持較高比重和黏度；同步注漿壓力應(yīng)大于同等埋深的泥水倉壓力0.15～0.2 MPa，注漿量應(yīng)為理論注漿量的2.5 倍左右，漿液配比需合理確定以適度縮短漿液初凝時間.

3）地表預(yù)注漿通過加固CFG 樁樁端和樁側(cè)土，改良并適度抬升了地層，為穿越施工預(yù)留了條件.隧洞內(nèi)加強注漿可充分遏制路基的工后沉降，宜選取快凝漿液，注漿壓力及注漿速度建議為1.2 MPa、100 L/min，以提高注漿效率.地表跟蹤注漿可根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時靈活且及時有效地抑制乃至補償路基沉降，注漿壓力建議為1.2 MPa.

4）分析盾構(gòu)施工參數(shù)與路基沉降的歸一化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)掘進各參數(shù)之間、泥漿各參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)密切；通過提高泥水壓力和泥漿物理性能可確保開挖面的穩(wěn)定，抑制路基的沉降.