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摘要：在隧道施工过程中，盾构机属于十分关键的步骤，其本身重量较大，起吊时间短，为工程施工带来了一定危险。对此，在盾构吊装过程中，相关工作人员应实时监测连续墙的位移以及支撑杆的轴向力变形情况，并分析施工现场的数据信息。研究结果表明，隧道开挖期间，盾构机的吊装安全稳定，有限元分析方法可靠性较强，可以为此后隧道施工中盾构机的吊装安全判断工作提供更多的借鉴与参考。
关键词：隧道施工；盾构机；吊装；基坑支护；结构稳定
1.研究背景
随着城市建设速度的加快，土地资源变得十分稀缺，各城市建设开始利用地下空间。在地铁修建过程中，盾构法效率较高，且施工质量较好，属于隧道施工中的关键部分，但盾构进出口期间极易发生隐患问题，若没有进行科学有效的设计，很容易在盾构吊装期间发生严重的基坑垮塌事故，为企业带来了严重的经济损失。在盾构机吊装过程中，为了充分保障隧道围护结构的稳定性，相关工作人员实时监测吊出工作的围护结构数据，包括围护结构钢筋混凝土支撑的内力、变形情况以及围护结构连续墙的位移等，为盾构机的安全起吊提供更多的借鉴依据。但受诸多因素的影响，部分项目无法预先实施，因此本文利用有限元方法进行模拟，分析基坑等监测项目的实际情况，以期为此后的隧道施工工程提供依据。
2.工程概况
2.1周边环境
某隧道工程盾构机吊出井周边环境较为复杂，人流量与车流量均较大，且此井50米处为住宅小区，环境的复杂性增大了起吊的难度，对盾构机的起吊监测提出了更高的要求。受原有管线的影响，相关工作人员在竖向与横向两个方面调整了原有的设计线路，调整后的起吊井呈不规则五边形的构造，井口面积为315平方米，井深29.5米。
2.2地质条件
进过实地勘察可知，本次施工的低层包括基岩层、粉质劲土以及淤泥，之后测量了土质的天然密度与劲聚力。
2.3基坑支护结构
厚度为800mm地下连续墙与4道钢筋混凝土内支撑属于基坑支护结构的主要形式，且工程采用玻璃纤维加筋的加固方式。对于隧道两端周围的土体，采用打孔注浆的施工方案。
2.4盾构机吊装方案
盾构机自身荷载较大，且体型较大，吊床期间相关工作人员应精心计算并严格监测每一个吊装环节，当起吊高度为10cm时，还应合理评价吊装环境，检查吊装的稳定性与安全性。为了确保施工安全，相关工作人员在吊装前拆分了盾构机，发现其整体质量接近3×105kg。为了确保起吊的合理性与科学性，应针对其质量做好地址的选择工作[1]，吊装机对于基坑平面的位置如下图1所示。隧道端头土体采用打孔注浆加固方案，加固区域截面为半径为3米的半圆，加固长度为10米。
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图1 基坑土体加固区域平面图
2.5布置现场监测点
在盾构机吊装过程中，工作人员应根据以下因素做好基坑内支撑监测点的布置工作。一是监测点可以有效监测盾构机吊装期间相邻建筑物的地基裂缝、沉降情况；二是应根据内支撑的结构以及相关规范确定监测点的报警值；三是有效控制变形监测与支撑杆应力的数值变化范围。针对上述原则，相关工作人员在隧道挖掘区域周边土体设置位移传感器，以有效监测基坑与支撑梁轴向力的变化情况，并在连续墙中步子测斜管，监测基坑支护结构的垂直倾斜角。
2.6有效管理吊盾构机械设备
在隧道施工期间，吊盾构机械设备始终处于恶劣的工作环境，因此会出现不同程度的损坏。此时相关工作人员应及时做好设备的保养与管理，以免内部零件出现不必要的磨损问题，且强化日常检修，一旦发现故障应及时修理，有效降低对施工的影响程度，保证施工顺利进行。
3.盾构机吊装的监测结果
3.1轴向力分析
在盾构机的吊装期间，起吊瞬间十分关键，但此项目的持续时间较短，无法有效监测，因此本文主要监测内支撑。在本次工程中存在Z1-1、Z1-2、Z1-3三个支撑，且不同位置的支撑轴向力变化规律各不相同，盾构机进场时，由于其重量较大，会直接推动Z1-3支撑，使其发生变形问题，由此在盾构机整个起吊过程中，轴向压力在不断增加。而对于Z1-1与Z1-2支撑，受基坑连续墙变形因素的影响，轴向压力变小。
由此，分析发现，在盾构机进场时，三个支撑点的轴向力变化依次减小，盾构机对基坑的荷载影响逐渐减弱。
3.2位移分析
盾构机的起吊时间较短，在监测连续墙时，起吊已经结束，此时盾构机的位置与荷载大小均未发生较大的改变，因此应做好连续墙位移的监测工作。监测期间选择距离盾构机位置最近的三个测斜孔，利用测斜仪采集连续墙向基坑内垂直向的位移数值，发现在盾构机的整个起吊期间，三个测孔的位移均发生改变，其中一个测孔出现向基坑外移的情况，另一个测孔测斜仪与位移方向存在夹角。总体而言，在盾构机起吊以及进场过程中，测点孔的位移监测数值变化并不明显[2]。
4.有限元分析
4.1建立模型
通过有限元分析法可以有效分析基坑施工期间支护应力及对周边建筑物的影响，且计算机技术的快速发展，也使得有限元方法解决基坑开挖期间的工程问题成为可能。本次工程便在有限元模型中绘制了吊装机的安装区域，在吊装机位置上等效作用盾构机与吊装机的荷载。为了弱化边界条件的影响，有限元模型尺寸在长宽方向设置为基坑长宽的5倍。在开挖前，施工人员加固了隧道周围的土体，有限元模型的土体弹性模量由10MPa调整至50MPa。
4.2内支撑轴向力对比
对比模型数值与现场实测数值可知，在盾构机吊装前后，内支撑轴向力的变化趋势相似，可以利用内支撑轴向力的增值分析荷载对内支撑轴向力的影响。分析发现，有限元模型与实际监测数据的变化规律相同。
4.3连续墙位移对比
分析有限元模拟数据与实测数据可知，基坑支护连续墙位移与倾角随着测点位置深度的增加而逐渐减小，且位移最大值出现在基坑支护连续墙埋深10m处。由此看出，有限元模型可以合理预测基坑支护连续墙位移情况，保证隧道施工的安全性与稳定性[3]。
结束语
通过对比分析有限元模拟结果与隧道施工期间盾构机吊装过程中的基坑监测数据，可知，在盾构机起吊期间，其自身重量会影响基坑内支撑的轴向力，尤其对基坑上部第1道内支撑影响最大。随着内支撑深度的增加，盾构机的影响逐渐减少，轴向力的数值也逐渐减小。同时，基坑越靠近连续墙边界，盾构机的影响越大，且随着基坑深度的增加，连续墙的位移逐渐减小。本次研究利用有限元分析法模拟了隧道施工期间盾构机吊装对基坑支护结构的影响，模拟结果与实际监测结果具备良好的符合度，可以为此后的隧道施工提供参考。
参考文献：
[1]宋林，李昌宁，范恒秀，邵珠山.特殊环境下盾构吊装下井的基坑安全稳定性分析及检算方法研究[J].铁道科学与工程学报.2015（01）：91-98.
[2]周二众，刘星，青舟.深基坑监测预警系统的研究与实现[J].地下空间与工程学报.2013（01）：204-210.
[3]徐泽民，韩庆华，郑刚，张立明.地铁隧道下穿历史风貌建筑影响的实测与分析[J].岩土工程学报.2013（02）：364-374.