（道路與鐵道工程專業(yè)論文）盾構(gòu)推進(jìn)引起周圍土體變形的預(yù)測和控制研究.pdf

檣尊 v 盾構(gòu)法隧道在施工時(shí) 無論其埋深大小 均會對土體產(chǎn)生不同程度的擾動或破壞 造 成地層移動與變形 甚至誘發(fā)地面沉陷 基坑垮塌 隧道涌水 周邊建筑物與地下管線損 壞等一系列地層環(huán)境損傷問題或?yàn)?zāi)害事故 隨著盾構(gòu)法隧道在城市地下鐵道工程中的廣泛 應(yīng)用 盾構(gòu)隧道施工對周圍環(huán)境的影響特別是地面隆沉問題受到越來越多的關(guān)注 因此盡 可能準(zhǔn)確地預(yù)測盾構(gòu)推進(jìn)過程中盾構(gòu)施工參數(shù)對隧道周圍土體的影響程度 以求在設(shè)計(jì)和 施工中采取減少變形的措施 顯得非常重要 通過分析盾構(gòu)推進(jìn)過程中的各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及應(yīng)用有限元軟件p l a x i s3 dt u n n e l 模 擬工作面平衡壓力 同步注漿量 隧道埋深 土質(zhì)情況對周圍土體變形的影響 得到的主 要研究成果如下 1 對盾構(gòu)隧道推進(jìn)引起周圍土體變形的原因 變形機(jī)理 變形特征以及影響土 體變形的因素進(jìn)行了理論分析 2 通過對各項(xiàng)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和有限元軟件的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)地研究 了在盾構(gòu)推進(jìn)過程中各個(gè)施工參數(shù)的變化對周圍土體變形的影響 得出在盾 構(gòu)推進(jìn)過程中各個(gè)盾構(gòu)施工參數(shù)的變化對周圍土體變形的影響規(guī)律 3 通過對不同施工條件下盾構(gòu)施工參數(shù)的實(shí)測分析和數(shù)值模擬分析 得出盾構(gòu) 隧道推進(jìn)過程中盾構(gòu)施工參數(shù)的設(shè)定規(guī)律 4 針對各施工參數(shù)對土體變形的影響特點(diǎn) 總結(jié)由施工參數(shù)變化引起的土體變 形影響的一般規(guī)律 5 針對各施工參數(shù)對土體變形的影響特點(diǎn) 提出了盾構(gòu)推進(jìn)過程中控制土體變 形的具體措施 關(guān)鍵詞 盾構(gòu)法隧道施工實(shí)測數(shù)值模擬工作面平衡壓力盾構(gòu)總推力刀盤扭矩同 步注漿土體變形 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no fs h i e l dt u n n e l i n gm e t h o dw i l ld i s t u r bo rd e s t r o yt h es o i l b o d yw i t h d i f f e r e n td e g r e e s a n dr e s u l ti ng r o u n dm o v e m e n t d e f o r m a t i o n a n de v e ni n d u c ea s e r i e so fq u e s t i o n sa b o u te n v i r o n m e n td a m a g eo rd i s a s t e ra c c i d e n t s u c ha ss u r f a c e s u b s i d e n c e f o u n d a t i o nc o l l a p s e t u n n e lg u s h i n g d a m a g eo fs u r r o u n d i n gb u i l d i n g sa n d u n d e r g r o u n dp i p e l i n e n om a t t e rw h a ti st h ed e p t ho ft h et u n n e ib u r i e d w i t ht h ew i d e a p p l i c a t i o no fs h i e l dt u n n e l i n gm e t h o di nc i t ys u b w a yc o n s t r u c t i o n s p e o p l ep a ym o r e a n dm o r ea t t e n t i o nt ot h ee f f e c t so ft h ec o n s t r u c t i o no fs h i e l dt u n n e l i n gm e t h o do n s u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t e s p e c i a l l yt ot h eu p l i f ta n ds u b s i d e n c eo ft h eg r o u n d c o n s e q u e n t l yi ta p p e a r se s p e c i a l l yi m p o r t a n tt h a tf o r e c a s tt h ei n f l u e n c ed e g r e eo ft h e t u n n e is u r r o u n d i n gs o l i b yt h es h i e l d i n gc o n s t r u c t i o np a r a m e t e r sa sa c c u r a t ea s p o s s i b l e s ot h a t w ec a nt a k em e a s u r e st or e d u c ed e f o r m a t i o ni n d e s i g no r c o n s t r u c t i o n a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fe a c hm o n i t o r e dd a t ai nt h ep r o c e s so fs h i e l dd r i v i n g a n da p p l yf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ep l a x i s3 dt u n n e lt os i m u l a t et h ei n f l u e n c eo nt h e b a l a n c ep r e s s u r eo ft h ew o r k i n gf a c e s y n c h r o n i z e dg r o u t i n ga m o u n t t h ed e p t ho ft h e t u n n e lb u r i e d a n dt h es o i lc o n d i t i o nt ot h ed e f o r m a t i o no fs u r r o u n d i n gs o i l ig o tt h e f o l l o w i n gr e s e a r c hr e s u l t s 1 t h er e a s o nf o rt h ed e f o r m a t i o no fs u r r o u n d i n gs o i lb ys h i e l dt u n n e ld r i v i n g t h ed e f o r m a t i o nm e c h a n i s m t h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e d e f o r m a t i o nf a c t o ra r et h e o r e t i c a l l ya n a l y z e d 2 a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fe a c hm o n i t o r e dd a t aa tw o r k s i t ea n da p p l y f i n i t ee l e m e n ts o f t w a r eo nn u m e r i c a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s y s t e m a t i c a l l y s t u d yt h ei n f l u e n c eo nt h ed e f o r m a t i o no fs u r r o u n d i n gs o i lb yt h es h i e l d i n g c o n s t r u c t i o np a r a m e t e r s a n do b t a i nt h ee f f e c tr e g u l a r i t yo ft h ed e f o r m a t i o n o fs u r r o u n d i n gs o i lb yt h ev a r i a t i o n a ls h i e l d i n gc o n s t r u c t i o np a r a m e t e r s 3 a c c o r d i n gt ot h em e a s u r e da n a l y s i so ft h es h i e l d i n gp a r a m e t e r su n d e rt h e d i f f e r e n tc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n sa n dn u m e r i c a is i m u l a t i o na n a l y s i s o b t a i n t h es e t t i n gr e g u l a r i t yo ft h es h i e l d i n gc o n s t r u c t i o np a r a m e t e r si nt h ep r o c e s s o fs h i e l dd r i v i n g 4 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee f f e c tt ot h es o l id e f o r m a t i o nb ye a c h c o n s t r u c t i o np a r a m e t e r s s u m m a r i z et h eg e n e r a lr u l eo ft h es o i ld e f o r m a t i o n d u et ot h ev a r i a t i o n a ls h i e l d i n gc o n s t r u c t i o np a r a m e t e r s 5 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee f f e c tt ot h es o i ld e f o r m a t i o nb ye a c h c o n s t r u c t i o np a r a m e t e r s a d v a n c es o m ec o n c r e t em e a s u r e sf o rc o n t r o l l i n g t h es o i ld e f o r m a t i o ni nt h ep r o c e s so fs h i e l dd r i v i n g k e yw o r d c o n s t r u c t i o no fs h i e l dt u n n e l i n gm e t h o d s i t em o n i t o r i n gn u m e r i c a l s i m u l a t i o nb a l a n c ep r e s s u r eo ft h ew o r k i n gf a c et o t a it h r u s to ft h e s h i e l dc u t t e r h e a dt o r q u e s y n c h r o n i z e dg r o u t i n g s o i ld e f o r m a t i o n 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 所取得的成果 盡我所知 除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外 本 論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 對本文的研究做 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式注明并表示感謝 本人完全意 識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 學(xué)位論文作者 本人簽名 司細(xì)寺29 口7 年工月二7 日學(xué)位論文作者 本人簽名 縐jf 爿 77 孑29 口7 年工月二節(jié)日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解南京林業(yè)大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同 意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論丈的復(fù)印件和電子版 中國科學(xué)技術(shù) 信息研究所 國家圖書館等 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)南京林業(yè)大學(xué) 可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以匯編和綜合 為學(xué)校的科技成果 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論 文全部或部分內(nèi)容 保密口 在 年解密后適用本授權(quán)書 本學(xué)位論文屬于不保密 請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打 學(xué)位論文作者 本人簽名 指導(dǎo)教師 本人簽名 日暫 丫 2 己 腳甲 懈戶 n u 冊礦 扎矽 致謝 本文是在導(dǎo)師楊平教授的悉心指導(dǎo)下完成的 首先 我要感謝恩師楊平 教授 楊老師淵博的學(xué)識 科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 寬闊的胸襟 平易近人的 態(tài)度令我終生銘記 平日里他對我的諄諄教導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷使我受益終 生 在此論文完成之際 特此向恩師楊平教授表示最誠摯的謝意 并祝恩師 身體健康 工作順利 家庭幸福 作者還要借此機(jī)會感謝在攻讀碩士研究生期間給于指導(dǎo)和幫助的老師 們 他們是 邵光輝副院長 鄭加柱老師 張庭老師 趙志芬老師 魏浩瀚 老師等 他們在學(xué)習(xí)和思想上給了我很大的幫助 在此向他們致以衷心的感 謝 作者感謝所有所有關(guān)心和幫助過我的老師 朋友和同學(xué) 最后 我還要特別感謝我的父母和親人們 感謝他們在我攻讀碩士研究 生期間給于的關(guān)懷 理解和支持 作者 司翔宇 二零零九年二月 1 1 研究課題的意義 1 緒論 進(jìn)入二十一世紀(jì) 世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展加速了城市化進(jìn)程 隨著城市密集度的不斷提 高和高層建筑的不斷增加 地面可利用的空間越來越少 而且地下又布滿了各種用途的管 線 所以 如何更有效地利用和創(chuàng)造地下空間已成為當(dāng)今城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要課題 為 此 修建城市地下鐵道 地下供排水 供電和通信電纜通道 地下煤氣管道 行車隧道等 各種城市隧道與地下構(gòu)筑物在世界各國越來越受到人們的重視 地下鐵道因其運(yùn)輸能力大 速度快等特點(diǎn)在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作 用 尤其在人口密集的大城市 其對于緩解地面交通壓力的效果更是不可替代 近年來 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速增長 我國的地下鐵道建設(shè)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期 目前中國有約2 0 多個(gè) 大城市正在建設(shè)或籌建自己的地下軌道交通 其中 北京 上海 廣州正在擬建地鐵網(wǎng)絡(luò) 南京 沈陽 蘇州等城市正在修建地鐵交通 修建地鐵等城市地下工程 有明 蓋 挖法 暗挖法 盾構(gòu)法 礦山法等 各種方法 都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件 而盾構(gòu)法以其諸多優(yōu)勢成為城市地鐵隧道采用最多的施工方法 1 1 盾構(gòu)法是一種施工過程中依靠自身剛性支護(hù)不斷地在前方開挖土體 在盾尾進(jìn)行管片 拼裝和壁后注漿的隧道施工方法 該法可在大范圍的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下使用 具 有機(jī)械化程度高和施工速度快等優(yōu)點(diǎn) 從綜合效益觀點(diǎn)出發(fā) 盾構(gòu)法是一種比較經(jīng)濟(jì)的方 法 盾構(gòu)法自1 8 2 5 年由法國工程師m a b r u n e l 發(fā)明以來經(jīng)歷了從手掘式 擠壓式 氣壓 式到土壓平衡和泥水加壓式的盾構(gòu) 1 8 9 4 年 盾構(gòu)法首次應(yīng)用到地鐵隧道建設(shè)中 到2 0 世紀(jì)8 0 年代末 大約有3 2 個(gè)國家和地區(qū)的8 1 座城市修建了2 9 0 條地下鐵道線路 總長 計(jì)5 0 0 0 k m 這些隧道基本上是用盾構(gòu)法施工完成的 2 0 世紀(jì)5 0 年代 盾構(gòu)法引入我國 1 9 8 9 年 上海地鐵一號線建設(shè)首次將盾構(gòu)法應(yīng)用到我國地鐵隧道施工中 隨后 廣州地 鐵工程中也采用了盾構(gòu)法施工技術(shù) 目前 隨著城市地鐵隧道的大量修建 盾構(gòu)法已得到 廣泛的應(yīng)用 成為城市內(nèi)地鐵施工最主要的方法 大量的工程實(shí)踐表明 盡管盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得很成熟 但盾構(gòu)施工不可 避免地對土體產(chǎn)生擾動 從而引發(fā)不同程度的地層位移和變形 通常表現(xiàn)為地表隆沉 隨 著盾構(gòu)法隧道施工在地下隧道工程中的廣泛應(yīng)用 盾構(gòu)隧道施工對周圍環(huán)境的影響 特別 是地表隆沉問題 受到越來越多的關(guān)注 盾構(gòu)法隧道在施工時(shí) 無論其埋深大小 均對土體產(chǎn)生不同程度的擾動或破壞 造成 地層移動與變形 甚至誘發(fā)地面沉陷 基坑垮塌 隧道涌水 周邊建筑物與地下管線損害 等一系列地層環(huán)境損傷問題或?yàn)?zāi)害事故 因此 盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測盾構(gòu)法隧道的地表隆起 或沉降量 隆沉范圍等 以求在設(shè)計(jì)和施工中采取減少變形的措施 顯得非常重要 盾構(gòu)法隧道施工過程中地層變位受很多因素的影響 主要有 1 隧道覆土厚度 2 盾構(gòu)外徑 3 開挖面壓力變化量 土壓倉壓力減去土體原位靜止土壓力 4 盾尾注漿的填 充率 注漿體積與建筑空隙之比 5 地層物理力學(xué)性質(zhì) 6 施工條件等 不少學(xué)者對盾構(gòu) 隧道施工引起的地層變位作了大量的理論分析 試驗(yàn)和實(shí)測研究 1 2 3 1 但由于實(shí)測和試驗(yàn) 數(shù)據(jù)數(shù)量有限 難以完全反映各種因素對地層變位的影響規(guī)律 因此 盾構(gòu)隧道施工引起 l 的周圍地層變位是盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)及施工中十分關(guān)注的問題 加強(qiáng)這方面的研究尤為迫 切 1 2 研究課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在軟土地層中建造隧道 改變了原地層的邊界 必然會引起或多或少的地層位移和地 表隆沉 它將影響到周圍的環(huán)境 鄰近建筑物以及地下管線的安全 針對這一問題 國內(nèi) 外都進(jìn)行了較為深入的研究 提出了一些分析方法 目前 就引起地層變形的基本原因 研究人員已基本達(dá)成共識 即隧道施工中的地層損失及隧道周圍土體受擾動產(chǎn)生的再固 厶圭 多日 縱觀隧道掘進(jìn)引起的地層變形的研究方法 可將其分為兩大類 即不考慮施工過程的 方法和部分考慮施工過程的數(shù)值模擬法 由施工中的觀察結(jié)果提出的較為簡單的經(jīng)驗(yàn)公式 及彈性 彈塑性和粘彈性解析解法是不考慮施工過程對地層變形的影響的 而各種數(shù)值計(jì) 算方法以其靈活性在計(jì)算時(shí)可以部分考慮施工過程對地層變形的影響 1 2 1 不考慮施工過程的方法 依其所采用的理論基礎(chǔ)的不同 有經(jīng)驗(yàn)法和理論解析法兩種 1 經(jīng)驗(yàn)法 1 p e c k 認(rèn)為 施工中引起的地面沉降是在不排水情況下發(fā)生的 所以沉降槽的體積應(yīng) 等于地層損失的體積 據(jù)此 他于1 9 6 9 年在墨西哥土力學(xué)及基礎(chǔ)工程國際會議上提出了盾 構(gòu)隧道施工階段的地面沉降的估算公式 2 s s e x p 卜嗇i 1 1 s 一 去 去 2 式中 s 隧道兩側(cè)橫向上距隧道中心x 處的地面沉降量 m x 隧道兩側(cè)橫向上距隧道中心的距離 m 巧 盾構(gòu)隧道單位長度的地層損失量 m 3 m s 隧道中心處的最大沉降量 m f 曲線反彎點(diǎn)離隧道中心的距離 m 亦稱沉降槽寬度系數(shù) p e c k 法成了后來研究地面沉降的基礎(chǔ) a t t e w e l l 假定沉降槽的曲線形式為正態(tài)分布曲 線 并于1 9 8 2 年提出了計(jì)算最大沉降量的公式 既 善 1 3 2 贏 淵 k 云 4 式中 k n 對某一種土來說 為一定的常數(shù) r 為隧道半徑 i 為沉降槽寬度系數(shù) z 為 隧道埋深 v 為沉降槽的橫斷面面積 其取值以土類而定 變化范圍很大 所以此法預(yù)測 的精度并不好 1 9 8 2 年 o 7 r e i l l y n e w 也假定沉降槽的曲線形式為正態(tài)分布曲線 并按粘性土和砂 性土地層分別統(tǒng)計(jì)出沉降槽寬度系數(shù)i 與為隧道埋深z 之間的相關(guān)關(guān)系 并認(rèn)為i 值與隧 道直徑幾乎無關(guān) 運(yùn)用時(shí) 只要知道z 即可求出i 進(jìn)而用上式求出最大沉降量 半谷于1 9 7 7 年根據(jù)隧道開挖面及隧道上的覆蓋層條件給出了最大的地面沉降范圍 1 9 8 2 年 藤田研究了不同形式的盾構(gòu)對地層變位的影響 根據(jù)圍巖的種類 盾構(gòu)形式及 輔助工法的不同 分類預(yù)測了最大沉降量 并用表格給出預(yù)測值 1 9 9 4 年 方曉陽 2 等在p e c k 法和藤田法基礎(chǔ)上提出了估算不同類型盾構(gòu)法隧道地面 沉降量大小和分布范圍的p e c k f u j i t a 法 給出了最大和最小沉降曲線 但是各類地層的 最大和最小沉降曲線有時(shí)相差很大 經(jīng)驗(yàn)法只是大致地給出地表沉陷的計(jì)算方法 它無法考慮地層的詳細(xì)條件 更無法考 慮施工條件 襯砌剛度 襯砌與土層的相互作用及施工中采取的一些輔助措施 因此 一 般情況下計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果均相差很大 它們的應(yīng)用可能性受到不同隧道幾何形狀 地 層條件和施工技術(shù)的限制 2 彈性 彈塑性和粘彈性理論解析方法 隨著對地層變形研究的深入 許多學(xué)者將相關(guān)學(xué)科的研究成果引入到隧道的軟土地層 變形研究中 考慮地基土層的變形特點(diǎn) 將地基土作為彈性 彈塑性和粘彈性體考慮 陶 履彬 侯學(xué)淵 3 用軸對稱的平面應(yīng)變彈性理論分析了圓形隧道的應(yīng)力場和位移場 日本的 久武勝保 4 研究了圓形隧道的非線性彈塑性的理論解 將土體作為彈塑性和粘彈性材料 反映了土體的非彈性性質(zhì) 并考慮了地層位移與時(shí)間的相關(guān)性 由于受計(jì)算條件的限制 只能對較簡單的邊界條件和初始條件求出解答 所以這些方法幾乎無一例外地將地層假定 為均勻的 軸對稱的平面應(yīng)變問題 使其應(yīng)用受到極大的限制 更無法考慮施工條件對地 層位移的影響 1 2 2 部分考慮施工過程的數(shù)值模擬法 大量的工程實(shí)踐逐步證明 地層移動不僅與土性有關(guān) 而且與施工方法 襯砌形式等 有關(guān) 但是解析法只能考慮較為簡單的定解條件 而數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展 使得復(fù)雜定解 條件的處理成為可能 在分析隧道開挖引起的地層位移時(shí) 可以對施工過程進(jìn)行程度不同 的模擬 在這方面 有限元以其特有的靈活性得到了廣泛的應(yīng)用 1 二維平面應(yīng)變分析方法 8 0 年代 同濟(jì)大學(xué)巖土工程系對上海飽和軟粘土中地鐵盾構(gòu)隧道試驗(yàn)段進(jìn)行了平面 應(yīng)變的有限元分析 并與現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行分析對比 提出了考慮施工因素和固結(jié)因素的 派克修正公式 警唧 一爿 式中 形 施工引起的單位長度的地層損失量 m 3 m k 隧道頂部土體加權(quán)平均的滲透系數(shù) m d h 一隧道埋深 m 哦川 地面沉降值 m x 沉降點(diǎn)與隧道軸線的水平距離 m 3 1 5 卜 時(shí)間 d 大西有三和岸本英明 提出一種單元重積法來考慮開挖面位置的影響 并假定隧 道始終處于平面狀態(tài) 通過改變單元的彈性參數(shù)模擬被挖去的單元 開挖的外力以反向加 在周圍結(jié)點(diǎn)上 如此反復(fù)操作 模擬開挖面的不斷推進(jìn) 用二維平面應(yīng)變分析方法只能有限地反映橫截面上的部分特征 幾乎無法反映出隧道 的施工過程對地層位移的影響 尤其是靠近開挖面附近處 2 縱 橫剖面的平面應(yīng)變分析方法 r e s e n d i z 和r o m o 6 對盾構(gòu)法隧道的縱 橫剖面作了平面應(yīng)變的非線性有限元分析 為計(jì)算由于工作面開挖引起的豎向位移 將隧道表示成一個(gè)水平槽 除工作面外 在隧道 邊界上任何地方土體的位移均被限制 通過縱剖面的平面應(yīng)變有限元法分析了開挖面應(yīng)力 釋放及開挖面移動時(shí) 隧道軸線上方不同深度z 處的土體豎向位移以 對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行曲 線擬合后 得到兄 的計(jì)算公式 芻 0 0083 0 0025zd 吉卜p 魯e 6 h l h 口 l 式中 d 為隧道直徑 m h 為隧道拱頂?shù)穆裆?m 以為隧道軸線處水平應(yīng)力 k p a p 為隧道開挖面上的液體壓力 k p a 占 仃 分別為隧道仰拱至地面土體破壞時(shí)的軸向應(yīng) 變和應(yīng)力 k p a 曩是與二妥有關(guān)的函數(shù) x 是b 點(diǎn)與開挖面起始點(diǎn)a 的距離 m 然 后 在橫剖面中首先考慮并挖面周圍軸對稱的應(yīng)力釋放引起土體的豎向位移的大小 并根 據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行曲線擬合 得到過b 點(diǎn)的橫剖面上距離隧道軸線距離為y 處的位移九的 計(jì)算公式 砉一m 南 2 m 7 式中 形 1 4 5 1 1 5 二 y 上 為考慮土體和初始襯砌間的環(huán)形空隙的閉合及隧道周圍擾動土體的固結(jié)引起的地層 位移 r e s e n d i z 等假設(shè)隧道的內(nèi)邊界產(chǎn)生一均勻向內(nèi)的位移萬 并以此作為內(nèi)邊界條件 進(jìn)行平面應(yīng)變的非線性有限元分析 對分析結(jié)果進(jìn)行曲線擬合得到y(tǒng) 處的豎向位移五 計(jì) 算公式 等 陬 南 2 1 m 8 腓斟 圳也 4 式中 是由于均勻向內(nèi)的徑向位移占引起的隧道軸線上方的沉降 其它符號意義同前 這種方法可以在較為廣泛的幾何范圍內(nèi)計(jì)算隧道掘進(jìn)引起的地層位移 但是在分析中 參數(shù)萬只能以經(jīng)驗(yàn)估算 另外 隧道開挖面應(yīng)力釋放引起的橫剖面位移的計(jì)算方法的物理 意義十分模糊 這種方法被用于對墨西哥城的盾構(gòu)法污水隧道的沉降作了預(yù)測 與觀測值 相比 計(jì)算值明顯偏大 4 f i n n o 和c l o u g h 7 分別取縱 橫剖面分析了美國舊金山第一座土壓平衡盾構(gòu)隧道 分 階段模擬了隧道的施工過程 該方法的最大特點(diǎn)是能直接確定擾動帶的范圍和模擬這部分 土體后來的固結(jié) 以上所述的方法均假定縱橫剖面保持為平面應(yīng)變狀態(tài) 因此 在隧道施工中主應(yīng)力方 向的變化是無法反映的 3 三維分析與二維橫剖面分析相結(jié)合 i t o 和h i s a t a l e 8 用三維常量邊界元分析了均質(zhì)線彈性地層中的淺埋隧道在開挖面瞬 時(shí)到達(dá)某一位置且隧道周邊應(yīng)力完全釋放時(shí)地面沉陷的特征曲線 厶 然后將襯砌作為 剛性邊界 對隧道橫剖面作二維粘彈性分析 設(shè)t 時(shí)刻地面沉降為u 五 o x 2 f 則 三位粘彈性地面沉降為 u 2 o h 工3 t u o h f 厶 知 1 9 該方法對盾尾空隙作了兩種極端情況處理 一種認(rèn)為注漿完全充填空隙 開挖面通過 后 隧道周邊位移不發(fā)展 另一種則完全忽略回填 認(rèn)為土層在自然充滿空隙前 土層與 襯砌不接觸 當(dāng)土層填滿空隙后 土層與襯砌接觸 位移不再發(fā)展 該方法考慮了隧道開挖面的三維效應(yīng) 但是對襯砌及盾構(gòu)尾隙的處理過于簡化 沒有 考慮襯砌剛度對地層位移的影響 另外 它只計(jì)算地表沉降 而對地層內(nèi)部的變形無法計(jì) 算 也無法計(jì)算固結(jié)變形 l e e 和r o w e 9 假定土體具有彈性完全塑性的關(guān)系 用三維彈塑性有限元分析了加拿 大安大略省的桑德貝隧道 引入總間隙參數(shù)反映隧道開挖面推進(jìn)和隧道施工引起的地層損 失 總間隙參數(shù)g 的定義為 g u 五 w 2 萬 1 1 0 式中 u 募為開挖面推進(jìn)引起的等效三維徑向位移 為盾尾壁厚 萬為拼裝襯砌的空間 w 時(shí)與施工質(zhì)量有關(guān)的參數(shù) 采用兩階段分析來模擬壓力被完全釋放 二隧道周邊的徑向壓力直到隧道頂仰拱的徑 向總收斂值相應(yīng)于物理間隙 即2 萬時(shí)才釋放 這樣用三位彈塑性有限元確定開挖面前 方土體向已開挖部位的三維運(yùn)動 估算u 耘 從而計(jì)算總間隙參數(shù)g 然后進(jìn)行第二次三 位近似計(jì)算 模擬整個(gè)隧道的開挖過程 允許隧道周邊土體自由地向已開挖區(qū)內(nèi)變形 一 旦土體徑向熟練達(dá)到總間隙參數(shù) 環(huán)狀襯砌單元節(jié)開始起作用 且假定土體與襯砌完全接 觸 并達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài) 該方法中等效三維徑向位移的物理意義較為含糊 且由于三維 計(jì)算的復(fù)雜性 對軟土地層的擾動及固結(jié)特性均無法考慮 4 有限元法 有限元法能考慮較多復(fù)雜條件 使求解的問題更加符合工程實(shí)際 滿足工程要求 但 是該法的計(jì)算量較大 靠手動計(jì)算難以完成 進(jìn)入2 1 世紀(jì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展 以及有限元軟件的不斷完善 有限元法得到了廣泛的應(yīng)用 成為研究地下隧道軟土變形的 主要方法 但是目前 對盾構(gòu)施工的模擬研究主要集中對盾構(gòu)施工引起的長期變形研究和 預(yù)測方面 而沒有考慮到盾構(gòu)推進(jìn)過程中 盾構(gòu)施工參數(shù) 如土倉壓力 注漿壓力 注漿 量等 對隧道周圍土體變形的影響 為了盡量減少盾構(gòu)施工對周圍土體的擾動 確保盾構(gòu) 隧道周邊環(huán)境的安全 設(shè)定合理的盾構(gòu)施工參數(shù)尤為重要 因此 研究在盾構(gòu)施工過程中 5 各施工參數(shù)對隧道周圍土體變形的影響規(guī)律十分必要 只有掌握了各盾構(gòu)施工參數(shù)對土體 變形的影響規(guī)律 才能盡量避免或減少盾構(gòu)施工的不利影響 1 3 研究內(nèi)容與研究方法 1 3 1 研究內(nèi)容 本文的主要研究內(nèi)容如下 1 盾構(gòu)法隧道施工引起軟土地層變形的原因 影響因素 變形機(jī)理及變形特征研 究 2 以南京地鐵二號線逸仙橋站 大行宮站盾構(gòu)區(qū)間為例 針對各項(xiàng)施工監(jiān)測數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析 研究盾構(gòu)各施工參數(shù) 土質(zhì)情況與地表豎向位移之間的影響規(guī)律 3 利用三維有限元軟件p l a x i s3 dt u n n e l 對盾構(gòu)掘進(jìn)過程中土體變形進(jìn)行數(shù)值模 擬建模 4 利用建立的三維數(shù)值模型模擬計(jì)算逸仙橋站 大行宮站盾構(gòu)區(qū)間施工地表變形 量 并與監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對比 驗(yàn)證數(shù)值模型正確性 5 利用三維有限元軟件p l a x is3 dt u n n e l 數(shù)值模擬研究盾構(gòu)施工參數(shù) 工作面平 衡壓力 注漿量 隧道埋深 土質(zhì)參數(shù) 變化對隧道周圍土體變形的影響規(guī)律 6 針對不同施工參數(shù)的影響規(guī)律 給出控制施工過程中土體變形的具體措施 1 3 2 研究方法與技術(shù)路線 本文采用理論研究 數(shù)值模擬計(jì)算與實(shí)測分析相結(jié)合的方法進(jìn)行研究 具體研究路線 如下 見圖卜1 圖1 1 技術(shù)路線圖 1 根據(jù)對文獻(xiàn)和研究現(xiàn)狀的分析 綜合華東地區(qū)近年來盾構(gòu)隧道的應(yīng)用 以南京 地鐵二號線逸仙橋站 大行宮站盾構(gòu)區(qū)間隧道為背景進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測 并結(jié)合現(xiàn)場施工情況 進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集 綜合分析盾構(gòu)隧道施工過程中各項(xiàng)施工參數(shù)引起隧道周圍土體變形的規(guī) 律 6 2 應(yīng)用三維有限元軟件p l a x i s3 dt u n n e l 以南京地鐵二號線逸仙橋站 大行宮站 盾構(gòu)區(qū)間段為背景建立盾構(gòu)推進(jìn)對土體變形影響的數(shù)值模型 3 將數(shù)值模擬的分析結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析 驗(yàn)證數(shù)值模型的可靠性 4 利用三維有限元軟件p l a x i s3 dt u n n e l 對所提出的模型進(jìn)行分析與計(jì)算 研究 盾構(gòu)施工參數(shù)變化對周圍土體位移場的影響規(guī)律 5 綜合實(shí)測分析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果 總結(jié)出盾構(gòu)施工參數(shù)對周圍土體變形影響 的一般規(guī)律 并提出合理的變形控制措施 7 2 地層變位理論 經(jīng)過一百多年的發(fā)展 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)已經(jīng)日臻完善 但盾構(gòu)施工對地層的擾 動還是不可避免的 特別是在軟土盾構(gòu)隧道施工中 地層變位更為突出 通過對盾構(gòu)施工 過程的分析研究 得到了盾構(gòu)施工引起地層變位的原因 影響地層變位的影響因素 變形 機(jī)理以及變性特征 2 1 地層變位的原因 盾構(gòu)法隧道施工引起地層變位的原因有兩個(gè)方面 一方面是由于盾構(gòu)法施工引起隧 道周圍土體的松動和沉陷 它直觀表現(xiàn)為地表沉降 另一個(gè)方面是由于盾構(gòu)法施工使隧道 周圍土體受到擠壓而背向隧道移動 它直觀表現(xiàn)為地表隆起 受其影響隧道附近地區(qū)的基 礎(chǔ)構(gòu)筑物將產(chǎn)生變形 沉降或隆起 以致使構(gòu)筑物功能遭受破損或破壞 由盾構(gòu)法施工而引起的地層損失和由于擾動后導(dǎo)致的土體強(qiáng)度和壓縮模量的降低引 起的長時(shí)間內(nèi)的固結(jié)和次固結(jié)沉降 是形成地面沉降的另一個(gè)主要因素 1 土體損失 隧道的挖掘土方量常常由于超挖或盾構(gòu)與襯砌間的間隙等原因而比 按照隧道斷面積計(jì)算出來的土方量大得多 這就使隧道與襯砌間產(chǎn)生間隙 在軟粘土地層 中空隙會被周圍的土體及時(shí)填填 引起地層運(yùn)動 產(chǎn)生施工沉降 也稱瞬時(shí)沉降 土的 應(yīng)力也因此而發(fā)生變化 隨之而形成 應(yīng)變一變形 位移一地面沉降 所謂地層損失是指盾構(gòu)施工中實(shí)際挖除的土壤體積與理論計(jì)算的排土體積之差 地層 損失率以地層損失體積占盾構(gòu)理論排土體積的百分比v s 來表示 圓形盾構(gòu)理論排土體積v 0 為 v o 萬 哥 l 2 1 式中 盾構(gòu)外徑 三 推進(jìn)長度 單位長度地層損失量的計(jì)算公式為 聯(lián) 坎 萬 砰 2 2 地層損失一般可以分為三類 1 第一類 正常地層損失 即不考慮各種主觀因素對地 層損失的影響 認(rèn)為盾構(gòu)施工完全合乎預(yù)定的操作規(guī)程 地層損失的原因全部歸結(jié)于施工 現(xiàn)場的客觀條件 如施工地區(qū)的地質(zhì)條件或盾構(gòu)施工工藝的選擇等 因此 由于正常地層 損失引起的地面沉降槽體積與地層損失量是相等的 在均質(zhì)的地層中 正常地層損失引起 的地面沉降也比較均勻 第二類 非正常地層損失 即由于盾構(gòu)施工過程中操作失誤而引起的地層損失 非正 常地層損失引起的地面沉降具有局部變化的特征 其引起的地面沉降差異較大 第三類 災(zāi)害性地層損失 盾構(gòu)開挖面土體發(fā)生突發(fā)性急劇流動或盾尾發(fā)生大量漏漿 形成爆發(fā)性崩塌 引起災(zāi)害性的地面沉降 這種土體損失主要出現(xiàn)在盾構(gòu)隧道穿越水壓較 大的含水地層或流塑性較大的不良地層的過程中 2 固結(jié)沉降 由于盾構(gòu)推進(jìn)過程中的擠壓 超挖和盾尾注漿作用 對地層產(chǎn)生了 擾動 使隧道周圍地層產(chǎn)生正 負(fù)超空隙水壓力 從而引起的地層沉降 固結(jié)沉降可分為 主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降 主固結(jié)沉降為超孔隙水壓力消散引起的土層壓密 次固結(jié)沉降 是由于土層骨架蠕動引起的剪切變形沉降 主固結(jié)沉降與土層厚度有著密切關(guān)系 土層厚度越大 主固結(jié)沉降占總沉降的比例越 大 因此 在隧道埋深較大的工程中 主固結(jié)沉降的作用決不可忽視 從理論上講 盾構(gòu)法施工引起隧道周圍地表沉降是指主固結(jié)沉降 次固結(jié)沉降及施 工沉降 也稱瞬時(shí)沉降 三者之和 如果不考慮次固結(jié)沉降 總沉降應(yīng)等于地層損失造成 的施工沉降和由于地層擾動引起的主固結(jié)沉降之和 此時(shí) 位于隧道上方的任意一土層的 相對沉降量是相同的 這是因?yàn)槌紫端畨毫Φ南⑼令w粒向著它原來的相對位置移動 當(dāng)孔隙水壓力完全消散完畢 土顆粒也就回到原來的相對位置 如果總沉降中計(jì)入次固結(jié) 沉降 則還應(yīng)加上由于地層土體原有結(jié)構(gòu)破壞引起的蠕變沉降 2 2 致使地層變位的因素 造成地層變位的主要原因是盾構(gòu)法隧道施工過程中產(chǎn)生的土體擾動引起地層移動 盾構(gòu)開挖過程中地層變位的表現(xiàn)方式因盾構(gòu)直徑 覆土情況和地基狀況的現(xiàn)場條件及盾構(gòu) 施工情況而不同 具體來說 引起底層變位的因素有以下8 個(gè)方面n 卜1 4 1 1 開挖面土體的開挖應(yīng)力釋放 土壓平衡式盾構(gòu)開挖面支護(hù)壓力難以和土體原位 土壓力達(dá)到完全平衡 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí) 當(dāng)工作面支護(hù)壓力小于原位土壓力時(shí) 開挖面土體則 可能出現(xiàn)松動和崩塌 破壞了原來地層應(yīng)力平衡狀態(tài) 導(dǎo)致地層沉降 反之 當(dāng)工作面支 護(hù)壓力大于原位土壓力土?xí)r 前方土體背離土壓艙移動 導(dǎo)致地層隆起 此外 盾構(gòu)機(jī)后 退也可能使開挖面塌落和松動引起地層損失而產(chǎn)生地表沉降 2 盾構(gòu)超挖 盾構(gòu)推進(jìn)方向的改變 盾尾糾偏 仰頭推進(jìn) 曲線推進(jìn) 刀盤超挖 都會使實(shí)際開挖面形狀大于設(shè)計(jì)開挖面 從而引起超挖地層損失 造成地表沉降 3 盾尾注漿 盾構(gòu)通過的同時(shí)向盾尾超挖空隙壓注混凝土漿液 當(dāng)壓漿量不足或 是注漿壓力過小時(shí) 盾尾后部隧道周邊土體向盾尾坍塌產(chǎn)生地層損失 土體擠入盾尾空隙 引起地層沉降 當(dāng)注漿量較大或注漿壓力遠(yuǎn)大于隧道上覆土壓力 使隧道周圍的土體向背 離隧道的方向移動 引起盾構(gòu)上方土層的隆起 4 盾殼移動與地層間的摩擦和剪切作用 盾構(gòu)向前掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)殼與周圍土體之間 發(fā)生錯(cuò)位 周圍土體對盾構(gòu)產(chǎn)生摩擦力 同時(shí)盾構(gòu)也對周圍土體施加指向盾構(gòu)推進(jìn)方向的 摩擦力 周圍土體受到盾構(gòu)殼的剪切和擠壓作用向前方和遠(yuǎn)離盾構(gòu)的方向移動 引起地層 損失 5 主固結(jié)沉降 盾構(gòu)通過后 隧道周圍孔隙水壓力消散 土體有效應(yīng)力增加 引 起土體固結(jié)變形 6 次固結(jié)沉降 土體受施工擾動的持續(xù)次固結(jié)沉降往往要持續(xù)幾年 在軟士中它 所占的沉降量的比例甚至高達(dá)3 5 以上 7 隨盾構(gòu)推進(jìn)而移動的正面障礙物 使地層在盾構(gòu)通過后產(chǎn)生空隙又未能及時(shí)注 漿 引起地層沉降 8 隧道襯砌產(chǎn)生變形 盾構(gòu)隧道襯砌在上覆土體壓力及注漿壓力的作用下發(fā)生變 形 進(jìn)而引發(fā)一定量的地層位移和地表沉降 因此 綜合上述分析得出 盾構(gòu)推進(jìn)引起的地層移動因素有盾構(gòu)直徑 埋深 土質(zhì) 盾構(gòu)施工情況等 其中隧道線形 盾構(gòu)外徑 埋深等設(shè)計(jì)條件和土的強(qiáng)度 變性特性 地 9 下水位分布等地質(zhì)條件 屬于客觀因素 而盾構(gòu)的形式 輔助施工方法 補(bǔ)砌壁后注漿 施工管理等情況 則屬于主觀因素 2 3 地層變位的機(jī)理 根據(jù)對地層變位的分析表明 1 鍆 按地層沉降變化曲線的情況 大致可分為 盾構(gòu)到 達(dá)前的地面變形 盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的地面變形 盾構(gòu)通過時(shí)的地面變形 盾構(gòu)通過后的瞬時(shí)地 面變形 地表后期固結(jié)變形等5 個(gè)階段 下面對各個(gè)階段的變形機(jī)理進(jìn)行分析 1 盾構(gòu)到達(dá)前的地面變形 在盾構(gòu)的掘進(jìn)過程中 由于盾構(gòu)施工參數(shù)設(shè)定不當(dāng) 開挖面涌水 管片拼裝不良等種種原因引起地下水位降低 地下水位的降低就相當(dāng)于與地 基有效上覆土厚度增加 從而引起開挖面之前相當(dāng)距離的觀測點(diǎn)的沉降 對于土壓平衡盾 構(gòu) 在其掘進(jìn)過程中 由于工作面設(shè)定平衡壓力過大 盾構(gòu)前方土體還有可能產(chǎn)生一定量 隆起 2 盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的地面變形 在開挖面靠近監(jiān)測點(diǎn)并到達(dá)監(jiān)測點(diǎn)正下方這個(gè)過程中 所產(chǎn)生的沉降或隆起現(xiàn)象 這是由于盾構(gòu)機(jī)的正面平衡壓力偏小或偏大等導(dǎo)致開挖面土壓 失衡 開挖面平衡壓力又與盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度和出土量等施工參數(shù)密切相關(guān) 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的 正面平衡壓力等于開挖面靜止土壓力時(shí) 掘進(jìn)對土體的影響最小 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)正面平衡壓力 小于開挖面的靜止土壓力時(shí) 開挖面前方土體下沉 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)正面平衡壓力過大則會引起 開挖面前方土體隆起 當(dāng)正面平衡壓力偏離靜止土壓力一定范圍內(nèi)時(shí) 地層變形處于近似 彈性變形階段 而且變化的速率較小 如果偏離較大的話 則土體發(fā)展為塑性變形 總體 來說這是一種因土體的應(yīng)力釋放或者盾構(gòu)開挖面的反向土壓力 盾構(gòu)機(jī)周圍的摩擦力等作 用而產(chǎn)生的土體變形 3 盾構(gòu)通過時(shí)的地面變形 主要指盾構(gòu)機(jī)開挖面到達(dá)監(jiān)測點(diǎn)一直到盾構(gòu)機(jī)尾部通 過監(jiān)測點(diǎn)這一過程中所產(chǎn)生的變形 這個(gè)變形主要是由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中 盾殼與地層 之間的摩擦和剪切作用破壞了原來的土體狀況 周圍土體在盾構(gòu)殼的剪切和擠壓作用向前 方和背離盾構(gòu)的方向移動 引起地面變形 4 盾尾通過后瞬時(shí)的地面變形 指盾構(gòu)機(jī)尾部通過觀測點(diǎn)正下方時(shí)產(chǎn)生的沉降 一方面 由于盾構(gòu)機(jī)通過后盾構(gòu)機(jī)尾部會產(chǎn)生一個(gè)盾尾間隙 這個(gè)尾隙的上方及周圍土體 應(yīng)力釋放引發(fā)周圍土體向隧道方向坍塌入尾隙 造成地表沉降 另一方面 在盾尾注漿壓 力的作用下 尾隙周圍土體的應(yīng)力得到一定的平衡 當(dāng)注漿壓力較大時(shí) 尾隙周圍土體會 背離隧道方向移動 造成地表隆起 5 地層后期固結(jié)變形 由于盾構(gòu)通過時(shí)對周圍土體產(chǎn)生了擾動 造成隧道周圍的 空隙水壓力發(fā)生變化 再加上前面所述原因的殘余影響 在盾構(gòu)通過后相當(dāng)長的一段時(shí)間 內(nèi) 隧道周圍土層將繼續(xù)發(fā)生固結(jié)沉降和蠕動沉降 上述的各種沉降并非同時(shí)發(fā)生 而且工程地質(zhì)條件和施工措施的不同 也會影響到沉 降的大小和類型 2 4 地層變位的特點(diǎn) 在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的過程中 地層變位呈現(xiàn)以盾構(gòu)機(jī)為中心的三維擴(kuò)散分布 這個(gè)分布隨 盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)而發(fā)生同步移動 由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí) 盾構(gòu)前后各部位對周圍土體環(huán)境的影 響機(jī)理是不同的 因地層變位的分布特點(diǎn)也有所不同 1 0 對于粘性土 其地層變位分布有如下的主要特點(diǎn) 1 在盾構(gòu)機(jī)開挖面的正前方有一個(gè)取土區(qū) 這一部分的土體將發(fā)生移動 移動的 方向與盾構(gòu)機(jī)的施工情況有關(guān) 如果盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度大而出土量小 相應(yīng)的結(jié)果就是盾 構(gòu)機(jī)正面土壓力過大 導(dǎo)致開挖面受到反向土壓力 取土區(qū)的土體就向遠(yuǎn)離盾構(gòu)機(jī)的方向 移動 相反如果改變盾構(gòu)機(jī)的施工參數(shù)則可能導(dǎo)致該部分土體向盾構(gòu)機(jī)方向移動 2 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的過程中盾殼與周圍的土體產(chǎn)生摩擦和剪切 周圍的土體在摩擦力 和剪切力作用下向前移動 3 開挖面前方的取土區(qū)中土體的移動將直接導(dǎo)致地層的下沉或隆起 如果開挖面 的土體向盾構(gòu)機(jī)移動則地層下沉 如果背向盾構(gòu)機(jī)移動則導(dǎo)致地基隆起 4 盾構(gòu)機(jī)通過的瞬間產(chǎn)生了盾尾空隙 現(xiàn)在一般使用同步注漿來充填盾尾空隙 如果盾構(gòu)機(jī)的同步注漿量不足的話 此處的土體發(fā)生應(yīng)力釋放而導(dǎo)致地基沉降 但如果注 漿操作合理 也可能將少或消除沉降 對砂性土來說 其地層變位特點(diǎn)與粘性土大致相同 但是在砂性土中 盾構(gòu)推進(jìn)時(shí) 在盾構(gòu)頂部產(chǎn)生了類似于拱的效應(yīng) 隧道正上方有一個(gè)松弛區(qū) 該區(qū)域內(nèi)的沉降較大 而 在往上時(shí) 地基沉降反而減小 這是因?yàn)?拱 下面松弛區(qū)域的土應(yīng)力釋放得比較嚴(yán)重 導(dǎo)致了較大沉降 而由于拱的存在 拱上方的土體受到它的支撐作用 因而沉降較小 在 粘性土和砂性土中 還有一個(gè)比較明顯的不同 那就是盾構(gòu)在砂性土中掘進(jìn)時(shí) 一般盾構(gòu) 正面土壓力作用較大 土體的隆起較粘性土要明顯 3 盾構(gòu)推進(jìn)對地表沉降影響的實(shí)測分析 以南京地鐵二號線盾構(gòu)區(qū)間段為例 3 1 工程概況 南京地鐵二號線一期工程逸仙橋站 大行宮站區(qū)間隧道左線長度為8 2 4 3 4 4 m 區(qū)間隧 道采用盾構(gòu)法施工 土壓平衡盾構(gòu) 盾構(gòu)推進(jìn)由逸仙橋站始發(fā) 向大行宮方向推進(jìn) 3 1 1 工程地質(zhì)及周邊環(huán)境的概況 在逸仙橋站 大行宮站區(qū)間段內(nèi) 盾構(gòu)主要穿越土層為流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層 粉土 和粉質(zhì)粘土互層 局部穿越粉砂夾粉土層 粉質(zhì)粘土 可塑 區(qū)間隧道沿線地形均較為 平坦 地貌類型屬古秦淮河河床 漫灘地貌單元 逸仙橋站 大行宮站區(qū)間內(nèi)的土層描述 具體見表3 1 土體的物理力學(xué)指標(biāo)具體見表3 2 其中深色區(qū)域?yàn)槎軜?gòu)穿越土層 逸仙橋站 大行宮站區(qū)間段從逸仙橋站西端頭井出發(fā) 中途先后穿越龍?bào)粗新废铝?交 秦淮河河道及其兩側(cè)的污水截流溝樁基 熊貓電子集團(tuán)宿舍 于紡織大廈旁邊經(jīng)過后 進(jìn)入中山東路 隧道沿著中山東路 在道路兩側(cè)綠化帶下推進(jìn) 最終進(jìn)入大行宮車站東端 頭井 隧道在中山東路下的區(qū)間段全長約6 0 0 m 隧道的設(shè)計(jì)線形為直線 隧道軸線的平 均埋深為1 8 m 在地表處 隧道軸線兩側(cè)3 0 m 范圍內(nèi)地表沒有永久荷載 荷載類型主要為 路面車輛的移動荷載 為了便于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析 本文實(shí)測分析中的數(shù)據(jù)截取 自隧道沿著中山東路施工段的監(jiān)測數(shù)據(jù) 3 1 2 盾構(gòu)穿越土層內(nèi)的工程地質(zhì)概況 逸仙橋站 大行宮站區(qū)間內(nèi) 盾構(gòu)穿越的土層中主要含有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 粉土及粉 質(zhì)粘土層 粉砂夾粉土 粉質(zhì)粘土和粉砂夾粉土層 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土具有明顯河湖相沉積特征 具有高含水量 高壓縮性 低強(qiáng)度等特點(diǎn) 易產(chǎn)生土體流動 開挖面失穩(wěn)等現(xiàn)象 粉砂夾粉土 粉土和粉砂易涌水和 流砂 引起開挖面失穩(wěn)和地面下沉 粉土為可液化土層 具有輕微液化性 盾構(gòu)機(jī)在這樣 的土層中施工 既要保證開挖面土體的穩(wěn)定 又要確保出土順暢 還應(yīng)控制地面的后期沉 降 3 1 3 盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測方案 o n d j 2 1 監(jiān)測橫斷面點(diǎn) 卜o o n d j 2 3 隧道軸線 o 掘進(jìn)方向l n d 盯之 n d j l n d d 2 4 n d j 3 n d j 4 n d j 5 n d j 6 n d j 7 4 n d j 8 on d j 7 6 o n d j 2 7 隧道軸線點(diǎn) 圖3 1 監(jiān)測點(diǎn)平面布設(shè)示意圖 根據(jù)以往的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及施工現(xiàn)場的情況 在位于盾構(gòu)隧道推進(jìn)方向的隧道軸線 1 2 上每6 m 布設(shè)一個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn) 每3 0 米布置1 條監(jiān)測橫斷面 在監(jiān)測橫斷面上共布設(shè)7 個(gè)測點(diǎn) 以軸線上的監(jiān)測點(diǎn)為中心 分別距離軸線3 m 5 m 1 1 m 對稱布設(shè) 具體布設(shè)情況 見圖3 1 現(xiàn)場監(jiān)測范圍選定為盾構(gòu)切口前方2 0 m 范圍 盾構(gòu)切口后方5 0 m 范圍 監(jiān)測頻 率為1 次 天 表3 1 逸仙橋站 大行宮站區(qū)間內(nèi)的土層描述 圖中深色區(qū)域?yàn)槎軜?gòu)穿越土層 時(shí)代 層號 層底埋深厚度 m 成因 地層名稱顏色狀態(tài)特征描述 m 最小 最大平 層亞層最小 最大 均值 稍濕 成分為碎磚瓦 粉土 粉質(zhì)粘土 0 7 0 5 9 0 o x 雜填土雜灰色松散0 7 0 5 9 0 孔隙度較大 具透水性 2 1 3 1 2 0