軟土地區(qū)雙圓盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析論文

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1、軟土地區(qū)雙圓盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析論文.freelm,隧道襯砌每環(huán)寬1200mm,在兩個(gè)單圓相交處采用海鷗塊管片拼裝。隧道覆土厚度為6.5~11.2m,掘進(jìn)所在地層主要為砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和灰色淤泥質(zhì)粘土,上覆土主要有雜填土和粉質(zhì)粘土。施工采用條幅式土壓平衡雙圓盾構(gòu)機(jī),如圖1所示,單圓外徑6520mm,兩圓圓心距4600mm,切削面積58.37m2。在長(zhǎng)度方向上,雙圓盾構(gòu)機(jī)由切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三個(gè)部分組成,總長(zhǎng)7145mm,可進(jìn)行轉(zhuǎn)彎半徑300m以上的曲線隧道推進(jìn)。在現(xiàn)場(chǎng)布置平行于盾構(gòu)中心線的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)和垂直

2、于盾構(gòu)中心線的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。平行于盾構(gòu)中心線的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般情況下布設(shè)三條,分別位于雙圓盾構(gòu)上行線、中軸線和下行線的正上方,每隔5環(huán)(6m)設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。另外,以30環(huán)(36m)為間隔在原來三個(gè)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,垂直于盾構(gòu)中心線方向左右各增設(shè)三個(gè)測(cè)點(diǎn),到盾構(gòu)中軸線的距離分別為4.3m、8.3m和15.3m。由于地表為具有結(jié)構(gòu)剛度的鋼筋混凝土路面,其變形不能反映土層的真實(shí)變位,因此,測(cè)點(diǎn)都設(shè)置在地表以下約0.5m處。監(jiān)測(cè)測(cè)量按二等水準(zhǔn)的要求進(jìn)行。3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析3.1橫向沉降槽分析通過對(duì)橫向監(jiān)測(cè)斷面的分析,提出對(duì)雙圓盾構(gòu)地面沉降曲線形態(tài)規(guī)律的

3、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):(1)地表沉降量較大的區(qū)域在中軸線兩邊15m左右,離軸線15.3m的測(cè)點(diǎn)沉降量最大可達(dá)10mm。假設(shè)沉降影響范圍符合土體主動(dòng)滑裂面所對(duì)應(yīng)的區(qū)域,對(duì)地層均勻水平分布、覆土厚度在10m左右的直線隧道段進(jìn)行總結(jié),提出雙圓盾構(gòu)工法的地表沉降橫向影響范圍S的估算公式:其中,αi為第i層土沉降影響面與水平面的夾角,在粘土層中α=45°+φ/2,在富水砂性土層中α=φ/3;φ為土層內(nèi)摩擦角(φ1,2,3=30°,35°,11°);hi為第i層覆土厚度(h1,2,3=2,8,5.56m);R為盾構(gòu)機(jī)單圓外半徑(R=6.52m);L為圓心

4、距(L=4.6m);S為橫向沉降影響范圍(S=54m),見圖2。計(jì)算值S比實(shí)測(cè)沉降范圍(42~48m)稍大,但從環(huán)境保護(hù)的角度來說,該經(jīng)驗(yàn)公式是較為安全的。(2)雙圓盾構(gòu)橫向沉降槽的形態(tài)可歸納為兩種:U形和V形。U形沉降槽在盾構(gòu)機(jī)寬度范圍內(nèi)的沉降量明顯大于稍遠(yuǎn)處的沉降量,曲線在拐點(diǎn)處變化較快,槽底平坦;而V形沉降槽的曲線斜率變化平緩,類似于單圓盾構(gòu)工法的沉降槽形狀。兩種典型形態(tài)見圖3。U、V形沉降槽的反彎點(diǎn)較為一致,實(shí)測(cè)反彎點(diǎn)離中軸線7~8m,位于盾構(gòu)開挖邊界正上方附近。分析認(rèn)為,U形沉降槽是由于雙圓盾構(gòu)的擠土作用和海鷗塊管片處的

5、背土效應(yīng)對(duì)上覆軟弱土層擾動(dòng)加劇引起的。文獻(xiàn)3通過室內(nèi)相似材料模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料分析,發(fā)現(xiàn)在厚沖積層開挖條件下,沉降槽在拐點(diǎn)處具有較陡的曲線形態(tài)。本雙圓盾構(gòu)隧道的上覆土層為淤泥質(zhì)粘土,抗拉強(qiáng)度小,擠土與背土產(chǎn)生的拉應(yīng)力易導(dǎo)致開挖空間上方土層的彎曲和裂縫,使土層的冒落加大。開挖空間邊界外地層的下沉主要受自重壓應(yīng)力和土層彎曲拉應(yīng)力的泊松效應(yīng)影響,受盾構(gòu)施工的影響略為偏小,故其下沉值也略小,形成的曲線平緩。在上覆雜填土層較厚,及上海地區(qū)二號(hào)土(褐黃—灰黃粉質(zhì)粘土)缺失的地質(zhì)條件下,往往出現(xiàn)V形沉降槽。(3)如圖4所示,沉降槽中心與盾構(gòu)

6、中心不能較好地吻合,存在偏心現(xiàn)象,最大沉降量一般出現(xiàn)在中軸線和上行線之間。沉降槽偏心有兩方面原因:一方面是盾構(gòu)機(jī)帶鋸齒的刀盤表面與土層間粘附所造成的引拉作用;另一方面,局部地段土層的不均勻和背斜、向斜構(gòu)造在一定程度上也造成沉降槽的不對(duì)稱分布。(4)共獲得36個(gè)地表橫向沉降全斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)測(cè)負(fù)地層損失率范圍為0~0.26%,地表隆起值一般小于5mm,均能滿足10mm的隆起控制標(biāo)準(zhǔn),地層損失率范圍為0.46%~1.35%。地層損失率的計(jì)算方法是橫向沉降槽與X軸所圍面積和盾構(gòu)切削面積的比值。取上、下行線和中軸線上沉降較大者為最大沉降量

7、,剔除掉盾構(gòu)進(jìn)出洞(存在加固區(qū)影響)和試推段斷面,共對(duì)117個(gè)斷面最大沉降量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。取地表最大沉降量為隨機(jī)變量X,假設(shè)X~N(μ,σ2),樣本總數(shù)n=117。經(jīng)計(jì)算,總體均值μ=32.53,總體標(biāo)準(zhǔn)差σ=10.78,故Χ~Ν(32.53,10.78),沉降小于50mm的概率P{X≤50}=0.948。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,當(dāng)前雙圓盾構(gòu)施工工藝條件下,若將上海軟土地區(qū)地表沉降控制在50mm時(shí)有94.8%的保證率;若要提高地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)比如沉降30mm,還需要優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù),并借助二次注漿等輔助手段。3.2縱向沉降槽分析上、下行線和

8、中軸線的縱向沉降曲線基本一致。從圖6可看到,距離盾構(gòu)刀盤前方24m以外的土體未產(chǎn)生變形。在盾構(gòu)刀盤前方H~24m范圍里(H為上覆土厚度),地表出現(xiàn)隆起,隨著盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn),地表沉降發(fā)展較快,沉降速率大。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)頭穿過測(cè)點(diǎn),并離開測(cè)點(diǎn)約20~25m后,