地鐵隧道淺埋暗挖法和盾構(gòu)法施工沉降分析

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1、地鐵隧道淺埋暗挖法和盾構(gòu)法施工沉降分析?【摘　要】對地鐵隧道開挖通常采用的淺埋暗挖法和盾構(gòu)法的沉降特性和原因進行了研究,并結(jié)合工程實例對兩種方法產(chǎn)生的地表位移進行了分析,為開挖地鐵隧道采用何種方法提供了有益的參考。【關(guān)鍵詞】地鐵,淺埋暗挖法,盾構(gòu)法,地表沉降??????近些年來,國內(nèi)很多大型城市都開始興建或改擴建地下鐵路系統(tǒng)。與此同時,涌現(xiàn)出大量相關(guān)方面地下工程技術(shù)問題急需解決。尤其是城市地下工程施工引起的地表沉降可能危及周邊建(構(gòu))筑物和地下管線等的安全,造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。對于城市地鐵,施工區(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、

2、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。?????本文通過對國內(nèi)某些地鐵工程采用不同的施工方法引起的地表沉降進行分析,總結(jié)不同施工方法的沉降特性和沉降原因,為地鐵隧道開挖采用何種適合的施工方法提供一定參考1、城市地下工程的主要施工方法?????根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件、機械設(shè)備配備等情況,城市地下鐵道工程施工方法一般可分為兩大類:明挖法、暗挖法[1],具體分類見圖1。2、地表沉降主要原因2.1　淺埋暗挖法(礦山法)?????1)開挖時因土體應(yīng)力釋放產(chǎn)生的位移;2)支護結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)前,上方土體和支護結(jié)構(gòu)的整體下沉;3)中

3、隔墻拆除引起的支護變形;4)施工中因地層失水引起的土體固結(jié)[2]。2.2　盾構(gòu)法?????盾構(gòu)施工時,地表沉降與施工條件和地質(zhì)特性密切相關(guān),且原因很多,歸納起來主要有以下幾方面。根據(jù)國內(nèi)外部分經(jīng)驗,將沉降原因、機理分類整理見表1[3]。3、地表沉降的特性3.1　淺埋暗挖法施工引起地表沉降的特性?????地鐵工程的淺埋暗挖隧道,特別是處于松散地層的淺埋隧道,在施工過程中容易發(fā)生地層沉降,并且沉降量一般均較大,地層沉降變形具有如下特點:1)地表沉降值大于拱頂沉降值。2)開挖引起的地表沉降范圍最大。3)開挖引起地層變形的時間較早。4)沉降趨于穩(wěn)定的時間較長。3.2　盾構(gòu)法施工引起地表沉降的特性???

4、??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,大致近似于Peck提出的沉陷槽形狀,即概率論中的正態(tài)分布曲線,公式為:???????其中,δ(x)為距中心橫向距離為x處的沉降量;Vs為沉降槽體積,也稱地層損失量(推進每米);x為距隧道中心線的距離;i為曲線反彎點的橫坐標,也稱沉降槽寬度系數(shù)。?????同時隧道縱向所產(chǎn)生的地表變形可分為五個階段,即初期沉降、開挖面沉降(或隆起)、尾部沉降、盾尾空隙沉降、長期延續(xù)沉降:?????1)初期沉降。距開挖面還有幾十米(通常為大于2.5D,D為隧道直徑)的地面觀測點,從開挖面

5、到達該點之前所產(chǎn)生的沉降,是隨盾構(gòu)機掘進造成的地下水流動和水位降低產(chǎn)生的。?????2)開挖面沉降。自開挖面約幾米(0D~2.5D)時起直至開挖面到達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)機周圍的摩擦力等的作用而產(chǎn)生的地基塑性變形。?????3)尾部沉降。從開挖面到達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)力釋放所引起的彈塑性變形。?????5)長期延續(xù)沉降。由于施工過程中對周圍土體的擾動,土中孔隙水壓

6、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。4、淺埋暗挖法與盾構(gòu)法修建地鐵工程時的施工技術(shù)比較?????廣州地鐵一號線區(qū)間地層為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中級風(fēng)化,地下水位較高,有5個區(qū)間采用淺埋暗挖法施工,有6個區(qū)間采用了盾構(gòu)法施工,從總體效果看,兩種工法都是成功的,淺埋暗挖工法月平均進度指標50m~80m之間,各單線延長米造價一般為4萬元左右,在含水砂層地段則為5萬元左右,施工是安全的,未出現(xiàn)坍塌事故,地表沉降量一般情況下可控制在30mm以內(nèi),但個別地段也出現(xiàn)了30mm~50mm的情況。采用盾構(gòu)法施工的區(qū)間月平均進度則達到了150m,硬巖

7、地段可達180m~200m,一號線由于是國際招標,每延米造價相對較高,為7萬元/延米~8萬元/延米,而二號線國內(nèi)招標造價則為4.5萬元/延米。地面沉降量較小,全部控制在30mm以內(nèi)。?????兩種工法的施工技術(shù)比較見表2。從以上比較可以得出結(jié)論:盾構(gòu)法施工較淺埋暗挖法施工其施工速度較快,施工安全度更高,防水效果好,地面沉降更容易控制,但目前來說一般造價還比較高。5、結(jié)語?????通過一系列的比較可