軟土地區(qū)雙圓盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析

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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摘　要:與單圓盾構(gòu)工法相比,雙圓盾構(gòu)工法有其獨特的施工技術(shù)要求,其影響地表沉降的因素更為復(fù)雜。根據(jù)上海軌道交通六號線雙圓盾構(gòu)區(qū)間段地表沉降實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,總結(jié)了地表沉降槽的形態(tài)特征,提出了沉降槽寬度范圍的估算公式。結(jié)合雙圓盾構(gòu)區(qū)間段的工程實踐,進一步探討了與地表沉降相關(guān)的雙圓盾構(gòu)施工參數(shù)的取值問題。關(guān)鍵詞:雙圓盾構(gòu);沉降槽;施工參數(shù)1引言近年來,雙圓盾構(gòu)施工技術(shù)開始引入我國,并已成功應(yīng)用于上海軌道交通楊浦線和六號線的建設(shè)。與單圓盾構(gòu)施工雙線隧道相比,雙圓盾構(gòu)具有許多優(yōu)勢,它能夠一

2、次完成雙線隧道,施工速度快,土方挖掘量少,隧道斷面面積利用率高。雙圓盾構(gòu)正逐漸成為地鐵隧道、道路隧道等地下工程施工的主流形式。盾構(gòu)施工引起的地表沉降是施工環(huán)境保護的一個重要問題,特別是在樓群密集區(qū)域建設(shè)的城市軌道交通,對地表沉降有嚴格的控制標準。對于單圓盾構(gòu)工法的地表沉降機理、沉降槽形式和沉降預(yù)測等理論,國內(nèi)外專家已做了較多的研究[1,2],但是對于雙圓盾構(gòu)工法引起的地表沉降尚缺乏足夠的認識,探索雙圓盾構(gòu)工法的地表沉降規(guī)律有其必要性。本文針對上海軌道交通六號線雙圓盾構(gòu)區(qū)間隧道工程,通過對現(xiàn)場沉降監(jiān)測結(jié)果的統(tǒng)計分析,得出雙

3、圓盾構(gòu)工法的地表沉降規(guī)律,并探討了軟土地層中雙圓盾構(gòu)施工參數(shù)與地表沉降的關(guān)系,為后續(xù)工程積累經(jīng)驗。2工程概況上海軌道交通六號線雙圓隧道的單圓外徑為6300mm,隧道襯砌每環(huán)寬1200mm,在兩個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,如圖1所示,單圓外徑6520mm,兩圓圓心距4600mm,切削面積58.37m2。在長度方向上,雙圓盾構(gòu)機由切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三個部

4、分組成,總長7145mm,可進行轉(zhuǎn)彎半徑300m以上的曲線隧道推進。在現(xiàn)場布置平行于盾構(gòu)中心線的沉降監(jiān)測點和垂直于盾構(gòu)中心線的沉降監(jiān)測點。平行于盾構(gòu)中心線的沉降監(jiān)測點一般情況下布設(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)一個測點。另外,以30環(huán)(36m)為間隔在原來三個測點的基礎(chǔ)上,垂直于盾構(gòu)中心線方向左右各增設(shè)三個測點,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變位,因此,測點都設(shè)置在地表以下約0.5m處。監(jiān)測

5、測量按二等水準的要求進行。3監(jiān)測數(shù)據(jù)分析3.1橫向沉降槽分析通過對橫向監(jiān)測斷面的分析,提出對雙圓盾構(gòu)地面沉降曲線形態(tài)規(guī)律的幾點認識:(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的測點沉降量最大可達10mm。假設(shè)沉降影響范圍符合土體主動滑裂面所對應(yīng)的區(qū)域,對地層均勻水平分布、覆土厚度在10m左右的直線隧道段進行總結(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=

6、30°,35°,11°);hi為第i層覆土厚度(h1,2,3=2,8,5.56m);R為盾構(gòu)機單圓外半徑(R=6.52m);L為圓心距(L=4.6m);S為橫向沉降影響范圍(S=54m),見圖2。計算值S比實測沉降范圍(42~48m)稍大,但從環(huán)境保護的角度來說,該經(jīng)驗公式是較為安全的。(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)機寬度范圍內(nèi)的沉降量明顯大于稍遠處的沉降量,曲線在拐點處變化較快,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

7、形沉降槽的反彎點較為一致,實測反彎點離中軸線7~8m,位于盾構(gòu)開挖邊界正上方附近。分析認為,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背土效應(yīng)對上覆軟弱土層擾動加劇引起的。(3)如圖4所示,沉降槽中心與盾構(gòu)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稱分布。(4)共獲得36個地表橫向沉降全斷面監(jiān)測數(shù)據(jù),實測負地層損失率范圍為0

8、~0.26%,地表隆起值一般小于5mm,均能滿足10mm的隆起控制標準,地層損失率范圍為0.46%~1.35%。地層損失率的計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,剔除掉盾構(gòu)進出洞(存在加固區(qū)影響)和試推段斷面,共對117個斷面最大沉降量進行統(tǒng)計分析。取地