lecture10地下工程施工環(huán)境影響與保護(hù)

1、地地 下下 工工 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 原原 理理第10章 地下工程施工環(huán)境影響與保護(hù) 主講教師主講教師 ：胡敏云：胡敏云浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容n基坑開挖工程的環(huán)境土工問題基坑開挖工程的環(huán)境土工問題n地下水對環(huán)境的影響地下水對環(huán)境的影響n盾構(gòu)掘進(jìn)對環(huán)境的影響盾構(gòu)掘進(jìn)對環(huán)境的影響浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院1. 1. 軟土深、大基坑工程及其環(huán)境土工問題軟土深、大基坑工程及其環(huán)境土工問題n地表沉降與土層位移地表沉降與土層位移（1 1）墻體彈性變位；）墻體彈性變位；（2 2）基坑卸載回彈、塑性隆起、降水不當(dāng)引起的管涌、翻砂；）基坑卸載回彈、塑性隆起、降水不當(dāng)引起的管涌、翻砂；（3 3）墻外

2、土層固結(jié)沉降；）墻外土層固結(jié)沉降；（4 4）井點(diǎn)或深井降水帶走土砂；）井點(diǎn)或深井降水帶走土砂；（5 5）墻段接頭處土砂漏失；）墻段接頭處土砂漏失；（6 6）槽壁開挖，地層向槽內(nèi)變形。）槽壁開挖，地層向槽內(nèi)變形。一、基坑開挖工程的環(huán)境土工問題一、基坑開挖工程的環(huán)境土工問題坑壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)坑壁圍護(hù)結(jié)構(gòu):地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻水泥土攪拌加灌注式排樁水泥土攪拌加灌注式排樁（1 1） （3 3）主要造成了墻后土）主要造成了墻后土層位移和地表沉降；層位移和地表沉降； （4 4） （6 6）則應(yīng)從施工技術(shù)、）則應(yīng)從施工技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)與管理上加以控制，使之經(jīng)驗(yàn)與管理上加以控制，使之減低到最小的允許限度。減低到最小的允許

3、限度。 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院n 基坑變形控制的環(huán)保等級標(biāo)準(zhǔn)基坑變形控制的環(huán)保等級標(biāo)準(zhǔn)保保 護(hù)護(hù)等等 級級地面最大沉降量及地面最大沉降量及圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移控制要求圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移控制要求環(huán)境保護(hù)要求環(huán)境保護(hù)要求特級特級1.1.地面最大沉降量地面最大沉降量0.1%H0.1%H2.2.圍護(hù)墻最大水平位移圍護(hù)墻最大水平位移0.14%H0.14%H3.Ks3.Ks2.22.2基坑周圍基坑周圍10m10m范圍內(nèi)設(shè)有地鐵、共范圍內(nèi)設(shè)有地鐵、共同溝、煤氣管、大型壓力總水管等同溝、煤氣管、大型壓力總水管等重要建筑及設(shè)施、必須確保安全重要建筑及設(shè)施、必須確保安全一級一級1.1.地面最大沉降量地面最大沉降量0.

4、2%H0.2%H2.2.圍護(hù)墻最大水平位移圍護(hù)墻最大水平位移0.3%H0.3%H3.Ks3.Ks2.02.0離基坑周圍離基坑周圍H H范圍內(nèi)設(shè)有重要的干范圍內(nèi)設(shè)有重要的干線水管、對沉降敏感的大型構(gòu)筑物、線水管、對沉降敏感的大型構(gòu)筑物、建筑物建筑物二級二級1.1.地面最大沉降量地面最大沉降量0.5%H0.5%H2.2.圍護(hù)墻最大水平位移圍護(hù)墻最大水平位移0.7%H0.7%H3.Ks3.Ks1.51.5離基坑周圍離基坑周圍H H范圍內(nèi)設(shè)有較重要支范圍內(nèi)設(shè)有較重要支線管道和建筑物、地下設(shè)施線管道和建筑物、地下設(shè)施三級三級1.1.地面最大沉降量地面最大沉降量1%H1%H2.2.圍護(hù)墻最大水平位移圍護(hù)墻

5、最大水平位移0.7%H0.7%H3.Ks3.Ks1.21.2離基填坑周圍離基填坑周圍30m30m范圍內(nèi)設(shè)有需保范圍內(nèi)設(shè)有需保護(hù)的建筑設(shè)施和構(gòu)筑物、地下管線護(hù)的建筑設(shè)施和構(gòu)筑物、地下管線浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院n 基坑施工的時(shí)空效應(yīng)問題基坑施工的時(shí)空效應(yīng)問題（1）基坑施工穩(wěn)定和變形）基坑施工穩(wěn)定和變形基底土方基底土方每步開挖的空間尺寸每步開挖的空間尺寸（平面大小和每步挖深）。（平面大小和每步挖深）。開挖順序開挖順序。無支撐情況下，每步開挖土體的無支撐情況下，每步開挖土體的暴露時(shí)間暴露時(shí)間tr。圍護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移水平位移?；谆卓孤∑鸬姆€(wěn)定性抗隆起的穩(wěn)定性Ks 。（2）基坑施工的時(shí)空效應(yīng)）

6、基坑施工的時(shí)空效應(yīng)開挖一支撐原則：開挖一支撐原則：分段、分層、分步（分塊）、對稱、平衡、限時(shí)；分段、分層、分步（分塊）、對稱、平衡、限時(shí)；對分段、分部搗筑的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架支撐，注意對分段、分部搗筑的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架支撐，注意局部平衡局部平衡 ；理論導(dǎo)向，量測定量，經(jīng)驗(yàn)判斷理論導(dǎo)向，量測定量，經(jīng)驗(yàn)判斷 ；擯棄以大量人工加固基坑來控制其變形的傳統(tǒng)作法。擯棄以大量人工加固基坑來控制其變形的傳統(tǒng)作法。（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外主動(dòng)與被動(dòng)土壓力的取值）圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外主動(dòng)與被動(dòng)土壓力的取值基坑保護(hù)基坑保護(hù)等級等級土性土性側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)K基坑保護(hù)等級基坑保護(hù)等級土性土性側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)K特級特級軟

7、粘土軟粘土硬粘土硬粘土0.750.50二級二級軟粘土軟粘土硬粘土硬粘土0.600.450.400.30一級一級軟粘土軟粘土硬粘土硬粘土0.700.500.450.35三級三級軟粘土軟粘土硬粘土硬粘土0.600.400.400.20浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院n 地鐵車站深大基坑的施工技術(shù)要求地鐵車站深大基坑的施工技術(shù)要求(1)先撐后挖，留土堤；先撐后挖，留土堤；(2) 對支撐施加設(shè)計(jì)軸力對支撐施加設(shè)計(jì)軸力(30%70%)的預(yù)應(yīng)力；的預(yù)應(yīng)力；(3) 每步開挖及支撐的時(shí)限每步開挖及支撐的時(shí)限tr24h；(4) 坑內(nèi)井點(diǎn)降水以固結(jié)土體、改善土性，減少土的流變發(fā)展?？觾?nèi)井點(diǎn)降水以固結(jié)土體

8、、改善土性，減少土的流變發(fā)展?；臃侄?、分層、分步開挖一支撐施工示意基坑分段、分層、分步開挖一支撐施工示意浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院n 變形監(jiān)控變形監(jiān)控(1)施工工況實(shí)施情況跟蹤觀察；施工工況實(shí)施情況跟蹤觀察；(2)日夜不中斷的現(xiàn)場監(jiān)測與險(xiǎn)情及時(shí)預(yù)測和預(yù)報(bào)；日夜不中斷的現(xiàn)場監(jiān)測與險(xiǎn)情及時(shí)預(yù)測和預(yù)報(bào)； (3)定量反饋分析，信息化設(shè)計(jì)施工；定量反饋分析，信息化設(shè)計(jì)施工；(4) 及時(shí)修改、調(diào)整施工工藝參數(shù)；及時(shí)修改、調(diào)整施工工藝參數(shù)；(5) 及時(shí)提出、檢驗(yàn)、改進(jìn)設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施。及時(shí)提出、檢驗(yàn)、改進(jìn)設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院2. 深基坑周圍地表沉降分析深基坑周圍地表沉降分析1)1)支護(hù)

9、結(jié)構(gòu)變位引起地表沉降估算方法支護(hù)結(jié)構(gòu)變位引起地表沉降估算方法地表沉降曲線為正態(tài)分布：地表沉降曲線為正態(tài)分布：地表沉降范圍為：地表沉降范圍為：墻體水平位移墻體水平位移y ymaxmax為墻后地表沉降為墻后地表沉降maxmax的的1.41.4倍倍 沉降曲線包絡(luò)面積沉降曲線包絡(luò)面積FsFs與支護(hù)結(jié)構(gòu)變位曲線包括面積與支護(hù)結(jié)構(gòu)變位曲線包括面積FwFw之比為：之比為： 2)/(exprmexghx5 . 10maxmax4 . 1y85. 0/wsFF浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院基坑開挖引起支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移和地表沉降基坑開挖引起支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移和地表沉降 cbzazy2 2exp( / )maxxx r浙江工業(yè)大學(xué)

10、建筑工程學(xué)院2）減少沉降的措施）減少沉降的措施使使。具體措施為：。具體措施為：（1 1）采取剛度較大的地下連續(xù)結(jié)構(gòu)；）采取剛度較大的地下連續(xù)結(jié)構(gòu)；（2 2）分層分段開挖，并設(shè)置支撐；）分層分段開挖，并設(shè)置支撐；（3 3）基底土加固；）基底土加固；（4 4）坑外注漿加固；）坑外注漿加固；（5 5）增加維護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度和墻外圍幕；）增加維護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度和墻外圍幕；（6 6）盡量縮短基坑施工時(shí)間；）盡量縮短基坑施工時(shí)間；（7 7）降水時(shí)，應(yīng)合理選用井點(diǎn)類型，優(yōu)選濾網(wǎng)，適當(dāng)放緩降水漏斗線）降水時(shí)，應(yīng)合理選用井點(diǎn)類型，優(yōu)選濾網(wǎng)，適當(dāng)放緩降水漏斗線坡度，設(shè)置隔水帷幕；坡度，設(shè)置隔水帷幕；（8 8）在保護(hù)區(qū)

11、內(nèi)設(shè)回灌系統(tǒng)；）在保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)回灌系統(tǒng)；（9 9）盡量減少降水次數(shù)。）盡量減少降水次數(shù)。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院3 .深基坑開挖引起臨近地下管線的位移分析深基坑開挖引起臨近地下管線的位移分析地下管線位移計(jì)算可按豎向和水平兩個(gè)方向的位移分別計(jì)算。地下管線位移計(jì)算可按豎向和水平兩個(gè)方向的位移分別計(jì)算。根據(jù)需要自學(xué)根據(jù)需要自學(xué)浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（1） 地表沉陷范圍地表沉陷范圍地表沉陷范圍地表沉陷范圍設(shè)沉陷區(qū)長度取基坑邊長的設(shè)沉陷區(qū)長度取基坑邊長的2 2倍，寬度倍，寬度取為：取為：縱向沉陷曲面縱向沉陷曲面: : 縱向沉陷曲面取為拋物面，頂點(diǎn)位于縱向沉陷曲面取為拋物面，頂點(diǎn)位于0000線（中軸線）上

12、，線（中軸線）上，AAAA、BBBB上總的沉陷值為零。上總的沉陷值為零。)245tan(H浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（2）地下管線豎向位移計(jì)算）地下管線豎向位移計(jì)算地下管線位移曲線地下管線位移曲線(a)(a)鉸支座情況鉸支座情況 (b)(b)固定支座情況固定支座情況浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院沉陷曲線沉陷曲線n地面超載傳至地下管線頂部的豎向荷載為地面超載傳至地下管線頂部的豎向荷載為q1：22xlyykqv1)(221xlkqv2,0;,0,0,;0;xl yxl yxyalbc 得浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院I區(qū)（沉陷區(qū)）的豎向位移方程區(qū)（沉陷區(qū)）的豎向位移方程y(x)：II區(qū)（非沉陷區(qū)）區(qū)（非沉陷區(qū)）

13、 y(x)：豎向修fEIQxEIMxxyxy)(1)()(1)()(4303202010克雷洛夫函數(shù)克雷洛夫函數(shù) vxKqxNxMexCexy0)sincos()cos()(應(yīng)根據(jù)邊界條件，確定地下管線豎向位移方程中的常系數(shù)，邊界條件不應(yīng)根據(jù)邊界條件，確定地下管線豎向位移方程中的常系數(shù)，邊界條件不同，求得的常系數(shù)亦不同，從而得到不同的位移方程。同，求得的常系數(shù)亦不同，從而得到不同的位移方程。xxxx4321、浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（3）地下管線水平位移微分方程的求解）地下管線水平位移微分方程的求解n地下管線水平位移方程地下管線水平位移方程n其中其中XhzxczakEIf04231水平修 水平

14、修fxEIQxEIMxxyxy43032021011xxxx4321,克雷洛夫函數(shù)：浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（4）地下管線合理計(jì)算模型分析）地下管線合理計(jì)算模型分析 進(jìn)行地下管線豎向位移分析時(shí)，進(jìn)行地下管線豎向位移分析時(shí)，按固定支座的彈性地基梁按固定支座的彈性地基梁分析是能滿足實(shí)際要求的，是較合理計(jì)算模型。分析是能滿足實(shí)際要求的，是較合理計(jì)算模型。 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院二、地下水對環(huán)境的影響二、地下水對環(huán)境的影響1. 地下水位變化引起的環(huán)境巖土工程問題地下水位變化引起的環(huán)境巖土工程問題1）地下水位上升的情況）地下水位上升的情況（1）淺基礎(chǔ)地基承載力降低）淺基礎(chǔ)地基承載力降低;（2）砂土地震

15、液化加?。唬┥巴恋卣鹨夯觿?；（3）建筑物震陷加劇）建筑物震陷加?。?）土壤沼澤化、鹽漬化；）土壤沼澤化、鹽漬化；（5）巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；）巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象；（6）地下水位的凍脹作用的影響；）地下水位的凍脹作用的影響；（7）對建筑物的影響；）對建筑物的影響；（8）對濕陷性黃土、崩解性巖土、鹽漬巖土的影響；）對濕陷性黃土、崩解性巖土、鹽漬巖土的影響；（9）膨脹性巖土產(chǎn)生脹縮變形。）膨脹性巖土產(chǎn)生脹縮變形。 2） 地下水位下降的情況地下水位下降的情況 地下水位下降地下水位下降往往會(huì)引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵，地裂縫的產(chǎn)生和復(fù)活以及往往會(huì)

16、引起地表塌陷、地面沉降、海水入侵，地裂縫的產(chǎn)生和復(fù)活以及地下水源枯竭，水質(zhì)惡化等一系列不良地質(zhì)問題，并將對建筑物產(chǎn)生不良的影響。地下水源枯竭，水質(zhì)惡化等一系列不良地質(zhì)問題，并將對建筑物產(chǎn)生不良的影響。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院2. 地下水位與地面沉降地下水位與地面沉降n在天然條件和人為因素的影響之下，區(qū)域性地面標(biāo)高的降低，稱為在天然條件和人為因素的影響之下，區(qū)域性地面標(biāo)高的降低，稱為地地面沉降面沉降。 n主要影響因素，可以分為主要影響因素，可以分為天然影響因素及人為影響因素天然影響因素及人為影響因素，其中，地下，其中，地下水位波動(dòng)對地面沉降具有重要的影響。水位波動(dòng)對地面沉

17、降具有重要的影響。n天然影響天然影響因素主要有兩類：因素主要有兩類： 海平面相對上升及土層的天然固結(jié)，導(dǎo)致地表沉降；海平面相對上升及土層的天然固結(jié)，導(dǎo)致地表沉降； 地震的沖擊作用，引起地面沉降。地震的沖擊作用，引起地面沉降。n人為影響人為影響因素至少主要有三類：因素至少主要有三類：抽汲地下液體及表層排水導(dǎo)致地面沉降的有關(guān)因素；抽汲地下液體及表層排水導(dǎo)致地面沉降的有關(guān)因素；開采地下深處的固體礦藏，也可能引起地面沉降。開采地下深處的固體礦藏，也可能引起地面沉降。巖溶地區(qū)，塌陷是導(dǎo)致地面沉降的主要影響因素。巖溶地區(qū)，塌陷是導(dǎo)致地面沉降的主要影響因素。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院地面沉降研究現(xiàn)狀地面沉降研

18、究現(xiàn)狀 （1）地面沉降）地面沉降機(jī)理機(jī)理分析分析 抽水引起地層壓密而產(chǎn)生地面沉降抽水引起地層壓密而產(chǎn)生地面沉降,是有效應(yīng)力增加的結(jié)果。是有效應(yīng)力增加的結(jié)果。（2）地面沉降理論與模型的發(fā)展）地面沉降理論與模型的發(fā)展 土層產(chǎn)生壓縮，一般認(rèn)為，固結(jié)是主土層產(chǎn)生壓縮，一般認(rèn)為，固結(jié)是主固結(jié)和次固結(jié)固結(jié)和次固結(jié)兩部分組成。兩部分組成。 經(jīng)典彈性地面沉降理論經(jīng)典彈性地面沉降理論 準(zhǔn)彈性地面沉降理論準(zhǔn)彈性地面沉降理論 取消了關(guān)于含水層組的滲透系數(shù)取消了關(guān)于含水層組的滲透系數(shù)K K、比貯水系數(shù)、比貯水系數(shù)SsSs、壓縮系數(shù)、壓縮系數(shù)MvMv視為視為常數(shù)的假設(shè)，仍采用常數(shù)的假設(shè)，仍采用TerzaghiTerza

19、ghi的一維豎向固結(jié)理論的假設(shè)的一維豎向固結(jié)理論的假設(shè)。 地面沉降的流變學(xué)理論地面沉降的流變學(xué)理論 次固結(jié)作用對地面沉降的影響次固結(jié)作用對地面沉降的影響 、粘彈性地面沉降理論，彈塑性地面粘彈性地面沉降理論，彈塑性地面沉降理論沉降理論 。wuP wwwPuuu根據(jù)需要自學(xué)根據(jù)需要自學(xué)浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院3. 人工回灌與地面回彈人工回灌與地面回彈n對地下含水層（組）進(jìn)行對地下含水層（組）進(jìn)行人工回灌人工回灌，則有利于穩(wěn)定地下水位，并促使，則有利于穩(wěn)定地下水位，并促使地下水位回升，使土中孔隙水壓力增大，土顆粒間的接觸應(yīng)力減小，地下水位回升，使土中孔隙水壓力增大，土顆粒間的接觸應(yīng)力減小，土層發(fā)生膨

20、脹，從而導(dǎo)致地面回彈，土層發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致地面回彈，減緩地面沉降減緩地面沉降。 n地面回彈模型的建立與求解是一個(gè)非常復(fù)雜地面回彈模型的建立與求解是一個(gè)非常復(fù)雜 的系統(tǒng)課題。的系統(tǒng)課題。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院4. 控制地面沉降的措施控制地面沉降的措施1）統(tǒng)一制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃；）統(tǒng)一制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃；(綠色綠色GDP)2）制定各種政策，合理控制開采地下水；）制定各種政策，合理控制開采地下水；(經(jīng)濟(jì)杠桿經(jīng)濟(jì)杠桿)3）人工補(bǔ)給地下水（技術(shù)手段）人工補(bǔ)給地下水（技術(shù)手段）4）治理措施（濱海、濱江地段）治理措施（濱海、濱江地段）5）巖溶塌陷導(dǎo)致地面沉降的防治措施（以防為主，并結(jié)合填充）巖溶塌陷導(dǎo)致地面

21、沉降的防治措施（以防為主，并結(jié)合填充）哪些地下工程施工會(huì)對地下水位哪些地下工程施工會(huì)對地下水位的變化產(chǎn)生影響？的變化產(chǎn)生影響？哪些產(chǎn)生的地下水位變化影響是哪些產(chǎn)生的地下水位變化影響是永久性的？哪些是臨時(shí)性的？永久性的？哪些是臨時(shí)性的？浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院三、三、 盾構(gòu)掘進(jìn)對環(huán)境影響的理論與預(yù)測盾構(gòu)掘進(jìn)對環(huán)境影響的理論與預(yù)測1. 1. 盾構(gòu)掘進(jìn)中的環(huán)境問題盾構(gòu)掘進(jìn)中的環(huán)境問題2. 2. 盾構(gòu)掘進(jìn)的擾動(dòng)機(jī)理盾構(gòu)掘進(jìn)的擾動(dòng)機(jī)理1）水和泥漿的擾動(dòng) 地下水含量和紊流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，泥水盾構(gòu)大量泥漿外排回灌。 2）對不良土層的影響 流砂，引起局部土體坍塌 。3）周圍土體應(yīng)力狀態(tài)的變化 原狀土經(jīng)歷了擠壓

22、、剪切、扭曲等復(fù)雜的應(yīng)力路徑。 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 盾構(gòu)推進(jìn)前方土體分區(qū)圖盾構(gòu)推進(jìn)前方土體分區(qū)圖 n其中其中區(qū)區(qū)土體應(yīng)力狀態(tài)未發(fā)土體應(yīng)力狀態(tài)未發(fā)生變化，土體的水平、垂直生變化，土體的水平、垂直應(yīng)力分別為應(yīng)力分別為h，v。n由于推力引起土體擠壓加載由于推力引起土體擠壓加載p，區(qū)和區(qū)和區(qū)土體承受區(qū)土體承受很大的擠壓變形，很大的擠壓變形，區(qū)區(qū)h、v均有增加；均有增加；區(qū)區(qū)只有只有h變變化。化。n區(qū)區(qū)土體受到大刀盤切削攪土體受到大刀盤切削攪拌的影響，處于十分復(fù)雜的拌的影響，處于十分復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力狀態(tài)。 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院盾構(gòu)推進(jìn)對土體的擾動(dòng)是不可避免的：盾構(gòu)推進(jìn)對土體的擾動(dòng)是不可避免

23、的： Pz+PwPj浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院4）土體性質(zhì)的變化）土體性質(zhì)的變化n擾動(dòng)后土體的本構(gòu)關(guān)系、物理力學(xué)參數(shù)的必然變化。擾動(dòng)后土體的本構(gòu)關(guān)系、物理力學(xué)參數(shù)的必然變化。n覆土層出現(xiàn)附加的覆土層出現(xiàn)附加的間隙或裂縫間隙或裂縫，隧道糾偏時(shí)，隧道糾偏時(shí)加載加載不均勻。不均勻。5）土體的位移影響）土體的位移影響n盾構(gòu)機(jī)前后、左右、上下各部位土體的位移的狀態(tài)不同。盾構(gòu)機(jī)前后、左右、上下各部位土體的位移的狀態(tài)不同。 n刀盤前部刀盤前部0.5D范圍內(nèi)土體表現(xiàn)為范圍內(nèi)土體表現(xiàn)為向下、向刀盤開口內(nèi)移動(dòng)向下、向刀盤開口內(nèi)移動(dòng)，（0.51.5）D范圍內(nèi)深層土表現(xiàn)為范圍內(nèi)深層土表現(xiàn)為向推進(jìn)方向移動(dòng)，表層土向上向向

24、推進(jìn)方向移動(dòng)，表層土向上向前前移動(dòng)。移動(dòng)。 n盾構(gòu)機(jī)后盾構(gòu)機(jī)后的土體表層土表現(xiàn)為垂直的的土體表層土表現(xiàn)為垂直的下沉下沉，深層土隨盾殼拖帶，深層土隨盾殼拖帶向前向前的水平移動(dòng)，土體和漿液固結(jié)次固結(jié)沉降都使土體產(chǎn)生的水平移動(dòng)，土體和漿液固結(jié)次固結(jié)沉降都使土體產(chǎn)生向下向下的位移的位移變形。變形。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院3. 土體受盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)的特點(diǎn)土體受盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)的特點(diǎn)1）盾構(gòu)周邊土體因開挖而卸荷變形）盾構(gòu)周邊土體因開挖而卸荷變形（1）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，按收斂）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，按收斂約束曲線繪制的約束曲線繪制的p-u-t關(guān)系關(guān)系 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（2）土體應(yīng)力釋放與隧洞支護(hù)的關(guān)系）土體應(yīng)力釋放與隧洞

25、支護(hù)的關(guān)系浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院2）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)周邊上體超孔隙水壓力分布及其變化）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)周邊上體超孔隙水壓力分布及其變化浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院3）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)土體受施工擾動(dòng)的變形與地表沉降浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院盾構(gòu)掘進(jìn)施工引起的土體沉降機(jī)理盾構(gòu)掘進(jìn)施工引起的土體沉降機(jī)理沉降類型沉降類型原原 因因應(yīng)力擾動(dòng)應(yīng)力擾動(dòng)變形機(jī)理變形機(jī)理初始沉降初始沉降土體受擠壓面壓密土體受擠壓面壓密孔隙水壓力減小，孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增加有效應(yīng)力增加孔隙比減小，孔隙比減小，土體固結(jié)土體固結(jié)盾構(gòu)工作面前盾構(gòu)工作面前方的沉降方的沉降( (土體土體隆起隆起) )工作面處施加的土壓力過工作面處施加的土壓力過大：上隆，

26、過?。撼两荡螅荷下?，過小：沉降孔隙水壓力增加，孔隙水壓力增加，總應(yīng)力增加總應(yīng)力增加土體壓縮，產(chǎn)土體壓縮，產(chǎn)生彈塑性變形生彈塑性變形盾構(gòu)通過的沉盾構(gòu)通過的沉降降土體施工擾動(dòng)，盾構(gòu)與土土體施工擾動(dòng)，盾構(gòu)與土體間剪錯(cuò)，出土量過多體間剪錯(cuò)，出土量過多土體應(yīng)力釋放土體應(yīng)力釋放彈塑性變形彈塑性變形盾尾空隙的沉盾尾空隙的沉降降 土體失去盾構(gòu)支撐，管片土體失去盾構(gòu)支撐，管片后背注漿不及時(shí)后背注漿不及時(shí)土體應(yīng)力釋放土體應(yīng)力釋放彈塑性變形彈塑性變形土體次固結(jié)沉土體次固結(jié)沉降降土體后續(xù)時(shí)效變形土體后續(xù)時(shí)效變形(土體后土體后期蠕變期蠕變)土體應(yīng)力松馳土體應(yīng)力松馳蠕變變形蠕變變形浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院n周圍土體變形位

27、移主要是周圍土體變形位移主要是主固結(jié)壓縮、彈塑性剪切以及粘性時(shí)效蠕變主固結(jié)壓縮、彈塑性剪切以及粘性時(shí)效蠕變?nèi)咧g的疊加與組合。三者之間的疊加與組合。n土體受擾動(dòng)的土層厚度土體受擾動(dòng)的土層厚度r與隧道壁徑向位移與隧道壁徑向位移w間的關(guān)系為：間的關(guān)系為：wffiREr6 . 0)1 ( 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院盾構(gòu)軸線上方地表中心沉降與土體受施工擾動(dòng)范圍的關(guān)系盾構(gòu)軸線上方地表中心沉降與土體受施工擾動(dòng)范圍的關(guān)系浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院地表沉降與施工條件的關(guān)系地表沉降與施工條件的關(guān)系 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院地表中心總沉降與覆蓋土層厚度地表中心總沉降與覆蓋土層厚度/隧道外徑（

28、隧道外徑（H/D）及土層性質(zhì)的關(guān)系）及土層性質(zhì)的關(guān)系浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院4. 盾構(gòu)掘進(jìn)對土體的影響范圍盾構(gòu)掘進(jìn)對土體的影響范圍n盾構(gòu)掘進(jìn)過程可以看成是柱孔擴(kuò)盾構(gòu)掘進(jìn)過程可以看成是柱孔擴(kuò)張過程。張過程。na為隧道半徑為隧道半徑;nR為塑性區(qū)外半徑為塑性區(qū)外半徑;np為擴(kuò)張壓力。為擴(kuò)張壓力。n盾構(gòu)周圍土體可以分為兩個(gè)變形盾構(gòu)周圍土體可以分為兩個(gè)變形區(qū)，即塑性變形區(qū)區(qū)，即塑性變形區(qū)Dp和彈性變形和彈性變形有區(qū)有區(qū)De，塑性區(qū)的大?。赐獍?，塑性區(qū)的大?。赐獍霃綇絉）取決于擴(kuò)張壓力）取決于擴(kuò)張壓力p和隧道半和隧道半徑徑a。柱孔擴(kuò)張示意圖 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院內(nèi)壓力內(nèi)壓力p與塑性區(qū)外半徑與塑性

29、區(qū)外半徑R、隧道半徑、隧道半徑a的關(guān)系式：的關(guān)系式： rrrrpprrcccccpaRsin2sin1)tancostan(浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院5. 盾構(gòu)掘進(jìn)對土體擾動(dòng)的變形控制盾構(gòu)掘進(jìn)對土體擾動(dòng)的變形控制1 1）維護(hù)）維護(hù)盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定及其控制方法及其控制方法對對土壓平衡盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)而言，而言，n控制艙壓使與前方自然水土壓力相平衡；控制艙壓使與前方自然水土壓力相平衡；n控制排土量和掘進(jìn)速度，以維護(hù)開挖面的穩(wěn)定；控制排土量和掘進(jìn)速度，以維護(hù)開挖面的穩(wěn)定；n減少前方土體擠壓（欠挖時(shí)）與松動(dòng)（超挖時(shí)），防止前方土體減少前方土體擠壓（欠挖時(shí)）與松動(dòng)（超挖時(shí)），防止前方土體塑

30、性破壞和塌方。塑性破壞和塌方。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（1）控制方法一）控制方法一n按軟土地區(qū)土壓力平衡盾構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)，取：按軟土地區(qū)土壓力平衡盾構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)，?。簄 應(yīng)控制在應(yīng)控制在0.03MPa 0.03MPa n尚需滿足隧道開挖面的穩(wěn)定條件（尚需滿足隧道開挖面的穩(wěn)定條件（Broms,1989Broms,1989）；）； oippp5 . 50uicpp浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（2）控制方法二）控制方法二n壓力差與開挖排土量間呈線性關(guān)系變化，則：壓力差與開挖排土量間呈線性關(guān)系變化，則： M-100=a(pi-po ) na為斜率系數(shù)，為斜率系數(shù)，a=50/E；E為土體彈性模量，對于粘性土可

31、取為土體彈性模量，對于粘性土可取E=100cu。100-2.8M100+2.8 n由此可得控制方法二為：由此可得控制方法二為：開挖排土量的允許變化率等于土體開挖開挖排土量的允許變化率等于土體開挖體積理論值的體積理論值的2.8%。但是，。但是，此值變化幅度小，在實(shí)踐上較難掌握。此值變化幅度小，在實(shí)踐上較難掌握。n上海地區(qū)在軟粘土中使用局部擠壓盾構(gòu)施工的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)排土量控制在上海地區(qū)在軟粘土中使用局部擠壓盾構(gòu)施工的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)排土量控制在理論土方量的理論土方量的8090左右時(shí)，地表可不發(fā)生隆起現(xiàn)象。左右時(shí)，地表可不發(fā)生隆起現(xiàn)象。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院2）同步注漿與二次注漿的注漿的時(shí)間、漿壓和漿量控制）

32、同步注漿與二次注漿的注漿的時(shí)間、漿壓和漿量控制（1）同步注漿）同步注漿n同步注漿是指沿盾尾外殼安設(shè)多根注漿管的同步注漿系統(tǒng)，屬于一種同步注漿是指沿盾尾外殼安設(shè)多根注漿管的同步注漿系統(tǒng)，屬于一種充填充填注漿注漿。(30mm時(shí)，需時(shí)，需要進(jìn)行糾偏。要進(jìn)行糾偏。 糾偏措施：糾偏措施：調(diào)整分組千斤頂推力；調(diào)整分組千斤頂推力；沿縱縫和環(huán)縫，墊貼一定厚度的楔形沿縱縫和環(huán)縫，墊貼一定厚度的楔形軟木；軟木；校正定位管片的傾斜度；校正定位管片的傾斜度；改進(jìn)注漿方式和漿液性質(zhì)；改進(jìn)注漿方式和漿液性質(zhì)；減小一次糾偏的幅度等等。減小一次糾偏的幅度等等。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院4）施工應(yīng)急控制）施工應(yīng)急控制n應(yīng)急采用的

33、應(yīng)急采用的“三階段注漿控制三階段注漿控制”方法包括：方法包括：n預(yù)注漿預(yù)注漿和和工后注漿工后注漿n施工被動(dòng)控制方法施工被動(dòng)控制方法浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院5）盾構(gòu)的主要設(shè)計(jì)、施工參數(shù)及變形控制參數(shù)與控制要求）盾構(gòu)的主要設(shè)計(jì)、施工參數(shù)及變形控制參數(shù)與控制要求n設(shè)計(jì)、施工參數(shù)設(shè)計(jì)、施工參數(shù)可擬定為：可擬定為：n開挖排土量、超挖開挖排土量、超挖/欠挖量；欠挖量；n掘進(jìn)速度；掘進(jìn)速度；n盾構(gòu)千斤機(jī)推力；艙壓力；盾構(gòu)千斤機(jī)推力；艙壓力；n管片后背同步充填注漿和二次壓密注漿和二次壓密注漿的漿壓和管片后背同步充填注漿和二次壓密注漿和二次壓密注漿的漿壓和漿量；漿量；n盾構(gòu)每次糾偏量和總的糾偏量等。盾構(gòu)每次糾偏

34、量和總的糾偏量等。n變形控制的各有關(guān)參數(shù)變形控制的各有關(guān)參數(shù)為：為：n地表總沉降（隆起）量；地表總沉降（隆起）量；n差異沉降；差異沉降；n地層內(nèi)土體豎向位移、沿盾構(gòu)周向土體位移、盾構(gòu)側(cè)向土體水平地層內(nèi)土體豎向位移、沿盾構(gòu)周向土體位移、盾構(gòu)側(cè)向土體水平移；移；n管片變形與走動(dòng)（移位）等等。管片變形與走動(dòng)（移位）等等。n變形控制的要求變形控制的要求為：為：n預(yù)測、預(yù)報(bào)預(yù)測、預(yù)報(bào)工程險(xiǎn)情與環(huán)境土工危害及其嚴(yán)重程度；工程險(xiǎn)情與環(huán)境土工危害及其嚴(yán)重程度；n確定確定是否需要是否需要在下一施工步序?qū)ι鲜鋈舾墒┕?shù)作出必要的在下一施工步序?qū)ι鲜鋈舾墒┕?shù)作出必要的調(diào)調(diào)整整，并能，并能定量化定量化各參數(shù)調(diào)整后的各參數(shù)調(diào)整后的修正值修正值。浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院6）盾構(gòu)掘進(jìn)