地鐵隧道盾構(gòu)施工地表沉降的預(yù)測分析

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1、從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果地鐵隧道盾構(gòu)施工地表沉降的預(yù)測分析摘　要　總結(jié)并分析了地鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工中引起地表沉降的規(guī)律、過程及原因,同時介紹了以經(jīng)驗法為主且目前廣泛應(yīng)用于變形分析的peck沉陷槽預(yù)測公式,并結(jié)合我國某城市地鐵隧道的修建過程中產(chǎn)生的地表沉降現(xiàn)象,驗證了該分析方法的實用性和可借鑒性。關(guān)鍵詞　地表沉降　peck沉陷槽　預(yù)測分析　盾構(gòu)法　地鐵隧道1前言近些年來,盾構(gòu)施工法普遍用于在松軟含水土層中修建隧道,在江河海中修建水底隧道,

2、在城市中修建地下鐵道及各種市政設(shè)施。但是,當(dāng)采用盾構(gòu)法施工時,一般會引起隧道上方地表沉降,這種現(xiàn)象在含水的松軟土層或其他不穩(wěn)定地層中表現(xiàn)顯著。尤其對于城市地鐵,盾構(gòu)法區(qū)間隧道一般都會穿越城市中心地帶,因建筑物密集、施工場地狹小、地質(zhì)情況復(fù)雜、地下管網(wǎng)密布、交通繁忙、施工條件受到限制等,而對環(huán)境的控制要求更為嚴(yán)格。因此,預(yù)測可能發(fā)生的地表變形,對工程的順利實施極為重要。本文通過調(diào)研國內(nèi)外盾構(gòu)施工地表沉降控制技術(shù),同時參考同行業(yè)盾構(gòu)法施工實例,分析了地表沉降的預(yù)測方法及盾構(gòu)施工過程中地表沉降的規(guī)律、過程和沉降原因。課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年

3、內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實驗條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果地表沉降的規(guī)律在軟土層中采用盾構(gòu)施工時,隧道橫向所產(chǎn)生的地表變形范圍受隧道的埋深和其所處的地質(zhì)土層狀況影響較大,基本上接近土的破壞棱體范圍,大致上近似于peck[1]提出的沉陷槽形狀,即概率論中的正態(tài)分布曲線。同時隧道縱向所產(chǎn)生的地表變形可分為五個階段[2],即初始沉降、開挖面前的變形、盾尾沉降、盾尾空隙沉降、后續(xù)固結(jié)沉降,見圖1。(1)初始沉降。

4、距開挖面還有幾十米(通常為大于,D為隧道直徑)的地面觀測點,從開挖面到達(dá)該點之前所產(chǎn)生的沉降,是隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)造成的地下水流動和水位降低產(chǎn)生的。(2)開挖面前的變形。自開挖面約幾米(0~)時起直至開挖面到達(dá)觀測點正下方之間所產(chǎn)生的沉降或隆起現(xiàn)象,多由于土體的應(yīng)力釋放或盾構(gòu)開挖面的反向土壓力、盾構(gòu)機(jī)周圍的摩擦力等的作用而產(chǎn)生的地基塑性變形。(3)盾尾沉降。從開挖面到達(dá)觀測點的正下方之后直到盾尾通過該觀測點為止這一期間所產(chǎn)生的沉降,主要是盾構(gòu)擾動土體所致。(4)盾尾空隙沉降。盾構(gòu)機(jī)的尾部通過觀測點的正下方之后所產(chǎn)生的沉降,是盾尾空隙的土體應(yīng)力釋放所引起的彈

5、塑性變形。課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實驗條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果(5)后續(xù)固結(jié)沉降。由于施工過程中對周圍土體的擾動,土中孔隙水壓力上升,隨著孔隙壓力的消散,地層會發(fā)生主固結(jié)沉降;在孔隙水壓力趨于穩(wěn)定后,土體骨架仍會蠕變,即次固結(jié)沉降。上述沉降階段多非同時產(chǎn)生,且其表現(xiàn)形式也是綜合性的。地基條件和施工狀況不同,沉降的類型也會有所不同。地表沉降的原因盾構(gòu)施工時,地表

6、沉降與施工條件和地質(zhì)特性密切相關(guān),且原因很多[3],[4],歸納起來主要有以下幾方面。根據(jù)國內(nèi)外部份經(jīng)驗,將沉降原因、機(jī)理分類整理如表1。(1)降水的影響。盾構(gòu)隧道施工中常采用降水措施,在正常掘進(jìn)過程中也會經(jīng)常性地堵水、排水,降水會使地層中原來的靜水水位改變成漏斗狀曲面水位,使含水地層中土的有效應(yīng)力增加,產(chǎn)生固結(jié)沉降。(2)地層原始應(yīng)力狀態(tài)的變化。在原來處于穩(wěn)定狀態(tài)的地層中開挖隧道,對周圍的土體必有擾動影響。盾構(gòu)掘進(jìn)時,開挖面土體的松動、擠壓和坍塌,導(dǎo)致地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變。土體極限平衡狀態(tài)的破壞,引起了地表的下沉或隆起。課題份量和難易程度要恰當(dāng)，

7、博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實驗條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果(3)盾構(gòu)擠壓擾動的影響。開挖、掘進(jìn)時都不同程度地對土層產(chǎn)生擠壓擾動。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)遇到彎道以及進(jìn)行水平或垂直糾偏時,也會使周圍的土體受到擠壓擾動,從而引起地表變形,其變形大小與地層的土質(zhì)及隧道的埋深有關(guān)。(4)管片環(huán)變形的影響。隧道襯砌脫出盾尾之后,在土壓力的作用下,管片之間的防水層和縫隙會被擠壓緊密,管片環(huán)也會產(chǎn)生輕微變形,趨向于橢圓

8、狀,這些也會導(dǎo)致地表的少量沉降。(5)盾尾空隙充填不足的影響。盾尾建筑空隙必須及時進(jìn)行充填,在不穩(wěn)定地層中施