土壓平衡盾構(gòu)施工引起的地面沉降規(guī)律分析

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1、土壓平衡盾構(gòu)施工引起的地面沉降規(guī)律分析【摘要】本文對廣州地鐵6號線盾構(gòu)2標(biāo)區(qū)間盾構(gòu)隧道施工過程的地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討了盾構(gòu)施工過程地表沉降規(guī)律及其影響范圍和程度，包括沉降槽分布形式、沉降隨時間發(fā)展規(guī)律、沉降量概率分布的統(tǒng)計分析等，并用數(shù)學(xué)函數(shù)加以表達(dá)。研究結(jié)果對今后類似工程施工過程的隧道周邊建（構(gòu)）筑物的保護(hù)，施工參數(shù)的優(yōu)化以及工程的順利實施具有參考價值?！娟P(guān)鍵詞】盾構(gòu)沉降擬合第4頁1.引言地鐵交通在我國正處于發(fā)展階段，由于盾構(gòu)施工法的安全性和先進(jìn)性，盾構(gòu)技術(shù)在城市地鐵隧道施工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于地鐵隧道多位于城市中心

2、繁華地帶，地下管線和地面建筑物眾多，施工過程多少都會擾動地層，要完全消除地表沉降是很困難的。盾構(gòu)施工過程的沉降會對地面建筑物的安全造成威脅甚至引起破壞，國內(nèi)外已對施工沉降進(jìn)行了大量研究，提出了許多沉降計算模型［1,2］，如Peck模型（1969），Attewell模型（1981），O’Reilly-New模型（1982），藤田模型（1982）等。國內(nèi)專家也對國內(nèi)地鐵盾構(gòu)施工過程的沉降規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)［3］-［5］，得到了許多具有共性的認(rèn)識。但由于廣州地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，對沉降規(guī)律的定量研究還比較少。本文對廣州地鐵6號線2標(biāo)區(qū)間盾構(gòu)隧道施工過

3、程的地表沉降規(guī)律及其影響范圍進(jìn)行研究，以期對今后類似工程建（構(gòu)）筑物的保護(hù)，施工參數(shù)的優(yōu)化提供參考依據(jù)。2.工程概況廣州地鐵6號線2標(biāo)區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間隧道由兩條并行的單線隧道組成，其中已完成施工的【大坦沙站-如意坊站盾構(gòu)區(qū)間】左右線隧道間距8.1～26m，左右線隧道總長2859.2m，隧道埋深4.7～27.8m，線路最小水平曲線半徑500m，最大坡度30‰。盾構(gòu)機采用德國HERRENKAG公司生產(chǎn)的土壓平衡式盾構(gòu)（EPB），盾構(gòu)機刀盤直徑6280mm，采用盾尾同步注漿（砂漿）方式。隧道襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片環(huán)外徑6

4、000mm，內(nèi)徑5400mm，管片寬度1500mm?！敬?如盾構(gòu)區(qū)間】上覆第四系為人工填土層、淤泥層、淤泥質(zhì)土層、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層、粉質(zhì)粘土、粉土層、沖積－洪積粉細(xì)砂層、沖積－洪積中、粗、礫砂層、沖積－洪積土層、可塑或稍密~中密殘積土層、硬塑或密實狀殘積土層。下伏基巖白堊系、石炭系棕紅色、紅褐色巖石，風(fēng)化程度不均一，軟硬夾層較多。3.沉降觀測方法3.1觀測儀器及要求采用精密水準(zhǔn)尺儀，銦鋼水準(zhǔn)尺、30m檢定過的鋼卷尺進(jìn)行沉降觀測。線路沿線一般的多層建筑物和地表沉降，按國家三等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求作業(yè)，高程中誤差≤±2.0mm，相鄰點高差中誤差≤

5、±1.0mm。3.2沉降觀測點的布設(shè)正常情況下，沿隧道中線上方地面每隔5m布設(shè)一個沉降觀測點，每隔20m建立一個監(jiān)測橫斷面，該斷面垂直于隧道中線，每個斷面上布設(shè)5個觀測點，其中隧道中線上方一個點，左右間隔5m各一個點。對于軟弱土層、或埋深較淺的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)隧道埋深和圍巖地質(zhì)條件，加密監(jiān)測斷面和測點。當(dāng)隧道上方為混凝土路面時，常布設(shè)兩種沉降觀測點，即分混凝土路面及路面以下土層兩種，路面部分沿線路中線每20m布設(shè)一個觀測斷面，觀測點直接布設(shè)在路面上，以量測路面沉降量；為了防止路面硬殼層不能及時、準(zhǔn)確反映地層實際沉降情況，造成路面下方虛空，需

6、鉆穿混凝土路面并在路面以下地層中打入短鋼筋布設(shè)觀測點，以便對地層的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測。3.3項沉降觀測頻率盾構(gòu)機機頭前10m和后20m范圍每天早晚各觀測一次，并隨施工進(jìn)度遞進(jìn)；范圍之外的監(jiān)測點每周觀測一次，直至穩(wěn)定。當(dāng)沉降或隆起超過規(guī)定限差（-30/+10mm）或變化異常時，則加大監(jiān)測頻率和監(jiān)測范圍。4.沉降槽分布形式分析第4頁4.1橫斷面沉降曲線圖1、2是不同里程處隧道上方地表橫斷面沉降槽分布曲線。一般地，隧道中線上方沉降量最大，沿兩側(cè)逐漸減小，大部分沉降曲線形狀基本符合Peck的正態(tài)分布曲線。但有一部分沉降曲線左右并不對稱，特別是左線

7、隧道（后行）沉降曲線，大部分向右偏移，即左線隧道右上方地表沉降量較大，這除了與左右地質(zhì)條件差異有關(guān)外，主要是由于受先行隧道（右線隧道）的影響，此外還可能與注漿以及刀盤旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。因此，地表沉降量最大值往往不是在隧道中線上方，而是出現(xiàn)在左右線隧道之間偏向后行隧道中線附近，當(dāng)左右線間距較小時，這種情況更為明顯。圖1橫截面沉降槽分布曲線圖（左線隧道﹝后行隧道﹞）圖2橫截面沉降槽分布曲線圖（右線隧道﹝先行隧道﹞）關(guān)于橫斷面沉降槽分布規(guī)律前人已進(jìn)行過大量研究，提出了很多沉降槽計算模型，如Peck公式（1969），Attewell公式（1981）

8、，O’Reilly-New法（1982），藤田法（1982）等。其中應(yīng)用最廣泛的是Peck公式，其他公式基本可看作是對Peck公式的修正，仍保留沉降槽形狀服從正態(tài)分布的假定。Peck公式對描述均勻地層條件下