地铁隧道盾构施工引起的地面沉降规律分析
解析地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降

是 要想判断盾构掘 进对地层 影响程度 ,非常重要 的
通 过调查发现 ,隧道上覆地层 有着很 多的地质种类 ,
比如人工填土层 、淤泥及淤泥质土层 、残积土层 以及岩石全 风化带等等,通过一段时期 的观测我们可 以得出这些 内容:
个 关键就在于地层 条件 ,如 果地层有着 良好的 自稳性 , 为例 ,在 中风化地层 中,地表 的最大沉降为4 . 5 m m ,距离 隧
地层 时,虽然采用 的开发模式是 土压平衡模式 ,对 于沉 降 可 以进 行一定程度 的控 制 ,但 是依然有着很 大的沉降值 ,
均值会达 ̄ J l l 6 m m 左右 ,最大 的时候会达到5 O 姗。 二是 要想控制沉 降 ,非常重 要的一个关键 就是 即时注 浆 参数 的调整 , 比如 ,在 中风化地层 中,如果 即时注 浆填 充率在 1 以 内,那 么地表 沉降在 l O m m 左右 ,最大值在 2 2 m m 左右 ;当 即时注浆参 数达 到了 1 . 2 左右 ,就会 降低地表 沉 降,其数值一般在5 m m 以内。在强风化地层 以及全风化地层 中,如果注浆填充率在1 . 2 以内,那么地表沉 降值就在2 5 m m
5 m m 左右,也就是说控制了地表 沉降。 三 是要想控制 地层损失 ,减 小地层变位 ,非常有 效的 方 法 就是对 盾 构 掘进参 数 进行 修正 ,建立 有效 的土 压 平
断面布 设于左右线 的地面环境 中,要选择合适 的位 置,两
个横断面之间 的距离一般保持在3 O m 左右 ,对盾构机掘进所 导致 的沉降坡度 以及 其他 的影 响等进行观测和 调查 。还 需 要将 水位孔合理地布 设于隧道 的两 侧 ,这是 为了对地下水 位 的变化进行 了解 。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工是近年来城市地铁建设中常见的一种施工方式。
其具有施工效率高、环境影响小等优点,因此被广泛应用于地铁工程的建设中。
在盾构施工过程中,地面沉降问题一直是工程建设中一个值得重视的问题。
地面沉降不仅会对周边建筑物和地下管线造成影响,还可能引发安全隐患。
在盾构施工过程中,必须对地面沉降进行深入分析,并采取有效措施进行应对,以保障施工安全和周边环境的稳定。
1. 地质条件地下地质条件是盾构施工中地面沉降的一个重要影响因素。
地下岩土的稳定性和承载能力直接决定了盾构施工中地面沉降的大小和范围。
如果地下岩土的稳定性较差,容易发生沉降问题。
如果地下存在较大的地下水位变化或者土壤有较大变形性质,也会对地面沉降造成影响。
2. 盾构施工参数盾构施工参数的选择对地面沉降影响较大。
施工过程中的盾构机开挖速度、土压平衡控制、注浆情况等参数的选择都会对地面沉降造成一定程度的影响。
如果这些参数设定不合理,就会导致地面沉降超出设计范围。
4. 周边建筑物和地下管线盾构施工过程中,周边建筑物和地下管线的存在也会对地面沉降造成影响。
如果周边建筑物和地下管线是老旧或者弱平衡结构,就会对地面沉降产生不利影响。
5. 环境因素环境因素也是地面沉降的重要影响因素。
如气候条件、降雨情况、地下水位变化等,都会对地面沉降产生一定的影响。
二、应对地铁盾构施工中地面沉降的措施1. 严密的监测和预警系统在盾构施工过程中,必须建立严密的地面沉降监测和预警系统。
通过实时监测地面沉降情况,一旦发现地面沉降超出预期,就能及时采取应急措施,以减少对周边环境和建筑物的影响。
2. 合理的施工方案在盾构施工过程中,必须采用合理的施工方案,包括盾构机的开挖速度、土压平衡控制、注浆情况等参数的合理设定,以减少地面沉降的可能性。
3. 加强支护和加固措施在盾构施工过程中,必须加强支护和加固措施,以减少地面沉降的风险。
包括合理设置盾构机的开挖方式、支护结构的设置等,以保障周边建筑物和地下管线的稳定。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对1. 引言1.1 引言地铁盾构施工是一种常见的地下工程施工方式,通过盾构机在地下开挖隧道,是城市地铁建设的重要工艺之一。
在地铁盾构施工过程中,地面沉降是一个不可避免的问题,会给周围环境和建筑物带来一定的影响。
对地面沉降原因进行分析并有效应对是非常重要的。
在本文中,我们将针对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行深入探讨,并介绍地下水位变化、地下土层变动、盾构施工技术以及沉降监测与控制这几个方面的内容。
通过深入分析这些因素,可以帮助我们更好地理解地铁盾构施工中地面沉降的机理,从而采取有效措施来减少地面沉降对周围环境和建筑物的影响,保障施工过程的安全和顺利进行。
部分是整篇文章的开端,只有充分了解地铁盾构施工中地面沉降的原因,才能更好地理解后续部分的内容。
接下来我们将对地面沉降的原因进行详细分析。
2. 正文2.1 地面沉降原因分析地面沉降在地铁盾构施工过程中是一个常见的问题,主要原因可以归纳为地下水位变化、地下土层变动和盾构施工技术等因素。
地下水位变化是导致地面沉降的重要原因之一。
在盾构施工过程中,地下水位的变化会影响周围土层的稳定性,导致土层松动和沉降。
特别是在地下水位波动较大的地区,地面沉降问题更为突出。
地下土层变动也会引起地面沉降。
盾构施工过程中,土层受到挖掘和开挖等操作的影响,可能会导致土层紧密度的改变,进而引起地面沉降。
地下土层的物理性质和结构也会对地面沉降产生影响。
盾构施工技术的不当使用也可能导致地面沉降。
如果施工工艺不合理或操作不当,可能会对周围土层造成不可逆的破坏,进而引发地面沉降问题。
地面沉降是一个综合性问题,需要综合考虑地下水位变化、地下土层变动和盾构施工技术等多个因素。
只有对这些因素进行全面分析和有效控制,才能有效应对地面沉降问题。
在下文中,我们将进一步讨论如何有效监测和控制地面沉降。
2.2 地下水位变化地下水位变化是导致地铁盾构施工中地面沉降的重要原因之一。
盾构法施工引起地面沉降原因分析及防治措施

盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪,世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。
目前,人口不断地向城市聚集,使城市人口和建筑的密集度快速上升,造成能被利用的地面空间越来越少,因此,当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间,为人类创造价值。
但各种用途的管线被布置在地下,这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。
盾构法施工虽然优点颇多,但是也存在诸多问题。
本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论,分析产生的原因及寻找控制方法。
一,地面沉降产生原因1、地层隆沉的发展过程盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段:最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固结沉降,如图l所示。
第一阶段:最初的沉降。
该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降,也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。
指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3~12m)的时候开始,直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。
第二阶段:开挖面前方的沉降(或隆起)。
这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。
它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。
第三阶段:盾构机经过时沉降。
该沉降是在土体的扰动下,从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。
第四阶段:盾尾空隙沉降。
该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。
土的密实度下降,应力释放是其土力学上的表现。
第五阶段:固结沉降,它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。
经前人研究发现,第一阶段沉降占总沉降的0~4.5%,第二阶段沉降占总沉降的0~44%,第三阶段沉降占总沉降的15~20%,第四阶段沉降占总沉降的20~30%,第5阶段沉降占总沉降的5~30%。
2、地表沉降的因素影响分析该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS,盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件;而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工中地面沉降是一个常见的问题,主要原因是盾构机挖掘地下隧道时,会对地下土层进行扰动和移动,导致地面沉降。
下面是对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析及应对方法的说明。
1. 地质条件不稳定:地质条件不稳定是导致地面沉降的主要原因之一。
在盾构施工中,如果遇到地下水位较高、土层松散、岩层不坚固等地质条件不稳定的情况,就容易导致地面沉降。
此时,可以通过加强地质勘察与分析,选择合适的盾构机和施工方法,以及采取加固措施等方法来应对。
2. 施工参数不合理:施工参数不合理也是导致地面沉降的原因之一。
在盾构施工中,如果施工参数设置不合理,如推进速度过快或者施工压力过大,就容易引起地下土层的不稳定,导致地面沉降。
需要在施工前进行合理的施工参数设计,并加强监测和调整,以避免地面沉降的发生。
3. 施工技术不当:施工技术不当也是导致地面沉降的原因之一。
在盾构施工中,如果操作不当或者施工方法不正确,就会对地下土层造成不必要的扰动和移动,导致地面沉降。
在施工前需要进行充分的技术培训和实践,以确保操作人员熟练掌握施工技术,并采取适当的施工措施。
1. 加强地质勘察与分析:在施工前需要对地质条件进行充分的勘察与分析,了解地下土层的情况,以选择合适的盾构机和施工方法,并采取合理的加固措施,以应对地面沉降的可能性。
2. 合理设置施工参数:在施工中需要根据地质条件和盾构机的性能特点,合理设置推进速度、施工压力等参数,以确保施工的安全与稳定,避免地面沉降的发生。
3. 加强监测与调整:在施工过程中需要密切监测地面沉降的情况,一旦出现地面沉降的情况,需要及时采取合适的调整措施,如降低推进速度、减小施工压力等,以减少地面沉降的程度。
4. 采取加固措施:在施工中可以采取一些加固措施,如喷浆加固、加设盾构机尾部加固框架等,以增加地下土层的稳定性,减少地面沉降的可能性。
地铁盾构施工中地面沉降是一个需要重视的问题。
地铁隧道盾构施工引起的地面沉降规律分析

地铁隧道盾构施工引起的地面沉降规律分析地铁隧道作为城市交通的重要组成部分,是连接城市不同区域的纽带。
随着城市的不断发展和人口的不断增加,地铁建设已经成为了必然趋势。
然而,地铁工程施工过程中,地面沉降问题一直是人们关注的热点问题之一。
本文将针对地铁隧道盾构施工引起的地面沉降规律进行分析。
一、地铁隧道盾构施工的基本原理盾构机是近几年开发出的用于地下建筑施工的新型设备,其施工原理是先在隧道顶部挖出一条一定宽度和高度的顶洞,然后在顶洞中安装一台盾构机,由盾构机推动管片向前推进,在管片及盾构机组成的初始管环内注浆加厚基础处理,之后备土排出。
二、地面沉降的原因在盾构施工过程中,挖掘出的土方需要在地面上暂时存放,同时,附近的建筑物、道路等也会因施工过程中振动影响,导致地面发生沉降。
研究显示,地面沉降量与地下水位、建筑物结构、地形地貌和施工方法等因素密切相关。
三、盾构施工引起的地面沉降规律1.施工工艺变化对地面沉降的影响在盾构施工中,该工艺由一段段管片拼装而成,每拼装一段管片就会使管壁位移,进而引起地下应力变化和土体压缩。
因此,在施工过程中,管片的安装方式、长度以及环片的数量等都会对地面沉降产生影响。
2.地质环境对地面沉降的影响地质环境也是地面沉降的重要因素之一。
地铁隧道的盾构施工,往往会挖掘过去几百年,甚至几千年地质构造形成的地层,地质情况的了解和研究对地面沉降和地铁建设安全有着至关重要的作用。
3.地下水位对地面沉降的影响地下水位也是影响地面沉降的重要因素之一。
在地铁隧道盾构施工过程中,由于管片与周围土层之间留有一定间隙,难以完全将地下水阻挡,因此,施工区域的地下水位变化也会对地面沉降产生一定的影响。
四、盾构施工减小地面沉降的方法和技术尽管盾构施工难以避免地面沉降问题的出现,但是采取恰当的施工方法和技术可以有效地减小地面沉降量。
其中,加强地面监测管理、降低施工工艺对地面沉降的影响、在隧道顶部安装加固杆等方法都是有效的地面沉降控制措施。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工中地面沉降是一个常见的问题,它主要是由于盾构施工过程中的土体位移和压实引起的。
下面,将对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析,并提出相应的应对措施。
1. 地下水位变化:地下水位的变化是导致地面沉降的主要原因之一。
盾构施工过程中,隧道中的地下水会因为施工活动而发生变化,导致地下土体的水分含量发生变化,进而引起地面沉降。
在施工前进行地下水位监测,控制好盾构施工中的水文条件,可以有效减少地面沉降。
2. 土体位移:盾构施工中,隧道推进时会对周围土体施加巨大的水平压力,使得土体发生位移。
当土体的承载力不足以承受盾构的压力时,会发生沉降。
需要对地下土体的力学性质进行详细研究,选择合适的施工参数和技术方案,以避免土体发生过大的位移。
3. 土体压实:盾构施工过程中,施工机械会对土体进行挖掘和回填,这会对土体进行压实。
土体压实过程中,土壤颗粒间的间隙会发生变小,导致初始地面沉降。
在施工过程中需要控制好土体的压实过程,避免过度压实,以减少地面沉降。
针对以上的原因,可以采取一些应对措施,以减少地铁盾构施工中的地面沉降。
1. 合理控制地下水位:在施工前进行地下水位监测,并根据监测结果进行合理的调整,保持地下水位的稳定。
如果发现地下水位异常变化,及时采取补救措施,如进行加固和排水。
2. 采用适当的土体加固措施:根据土体力学性质的研究结果,选用合适的土体加固措施。
可以采用加固桩、土钉墙等方式对土体进行加固,增加土体的承载能力,减少地面沉降。
3. 控制土体压实过程中的施工参数:在施工过程中,合理选择施工参数,避免过度压实土体。
加强施工过程的监测和控制,及时调整施工参数,确保土体得到适度的压实,减少初始地面沉降。
4. 引入新技术和新材料:随着科技的进步,可以采用一些新技术和新材料来减少地面沉降。
采用可控压实技术对土体进行处理,可以减小土体的初始沉降;引入高效盾构机械和地铁车站的整体下沉技术等,也可以减少地面沉降的影响。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构是一种常见的地下工程施工技术,能够有效地减少对地表的干扰,是地铁建设中的重要施工方法。
在地铁盾构施工过程中,地面沉降是一个常见的问题,给周围建筑、道路和地下管线等带来影响。
针对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析,并提出相应的应对措施,对于保障地铁盾构施工的顺利进行和周围环境的安全非常重要。
1. 地质条件地质条件是地铁盾构施工中地面沉降的重要原因之一。
地下工程施工会对地下的土层和地下水体系产生一定的影响,尤其是在复杂地质条件下,地面沉降的风险更大。
在软土层和含水层的情况下,地下水的排泄和土层的变形会导致地面沉降。
2. 施工工艺3. 施工技术不当地铁盾构施工需要高超的技术水平和严谨的施工操作。
如果施工中存在操作不当、技术不到位等问题,会导致地面沉降。
施工机械的调整不合理、挖掘参数的选择不当等都会影响地面的稳定性,从而引起地面沉降。
4. 设计不合理地铁盾构工程的设计是施工的基础,如果设计不合理,会对施工和周围环境带来不利影响。
隧道的深度、施工方向、施工期限等设计不合理都会导致地面沉降问题。
二、地铁盾构施工中地面沉降的应对措施在地铁盾构施工前,需进行详细的地质勘探,了解地下情况,确定地下水位、土层特性、地下管线等信息,为施工后的地面沉降提前做好准备。
2. 采用适当的加固措施在施工过程中,采用适当的加固措施对地面沉降进行控制。
可以使用加固材料、加固桩等方式,增强地下土层的稳定性,减少地面沉降的风险。
控制施工工艺是减少地面沉降的有效措施。
在施工过程中,施工方需严格按照规定的工艺流程进行,避免过分开挖和挖掘不当等操作,减少对地下土层和地下管线的影响。
4. 严格控制施工参数施工参数的选择对地面沉降有重要的影响。
施工方需在施工前进行详细的施工参数计算,并严格控制施工参数的选择,确保施工的安全和地面沉降的控制。
5. 加强监测和管理在地铁盾构施工过程中,加强监测和管理是非常重要的。
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土压平衡盾构施工引起的地面沉降规律分析城轨公司杨小飞【摘要】本文对广州地铁6号线盾构2标区间盾构隧道施工过程的地面沉降监测数据进行分析,探讨了盾构施工过程地表沉降规律及其影响范围和程度,包括沉降槽分布形式、沉降随时间发展规律、沉降量概率分布的统计分析等,并用数学函数加以表达。
研究结果对今后类似工程施工过程的隧道周边建(构)筑物的保护,施工参数的优化以及工程的顺利实施具有参考价值。
【关键词】盾构沉降拟合1.引言地铁交通在我国正处于发展阶段,由于盾构施工法的安全性和先进性,盾构技术在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。
由于地铁隧道多位于城市中心繁华地带,地下管线和地面建筑物众多,施工过程多少都会扰动地层,要完全消除地表沉降是很困难的。
盾构施工过程的沉降会对地面建筑物的安全造成威胁甚至引起破坏,国内外已对施工沉降进行了大量研究,提出了许多沉降计算模型[1,2],如Peck 模型(1969),Attewell 模型(1981),O’Reilly-New 模型(1982),藤田模型(1982)等。
国内专家也对国内地铁盾构施工过程的沉降规律进行了总结[3 ]- [5 ],得到了许多具有共性的认识。
但由于广州地区地质条件复杂,对沉降规律的定量研究还比较少。
本文对广州地铁6号线2标区间盾构隧道施工过程的地表沉降规律及其影响范围进行研究,以期对今后类似工程建(构)筑物的保护,施工参数的优化提供参考依据。
2.工程概况广州地铁6号线2标区间隧道采用盾构法施工。
区间隧道由两条并行的单线隧道组成,其中已完成施工的【大坦沙站-如意坊站盾构区间】左右线隧道间距8.1~26m,左右线隧道总长2859.2m,隧道埋深4.7~27.8m,线路最小水平曲线半径500m,最大坡度30‰。
盾构机采用德国HERRENK AG 公司生产的土压平衡式盾构(EPB),盾构机刀盘直径6280mm,采用盾尾同步注浆(砂浆)方式。
隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片,管片环外径6000mm,内径5400mm,管片宽度1500mm。
【大-如盾构区间】上覆第四系为人工填土层、淤泥层、淤泥质土层、淤泥质粉细砂层、粉质粘土、粉土层、冲积-洪积粉细砂层、冲积-洪积中、粗、砾砂层、冲积-洪积土层、可塑或稍密~中密残积土层、硬塑或密实状残积土层。
下伏基岩白垩系、石炭系棕红色、红褐色岩石,风化程度不均一,软硬夹层较多。
3.沉降观测方法3.1 观测仪器及要求采用精密水准尺仪,铟钢水准尺、30m 检定过的钢卷尺进行沉降观测。
线路沿线一般的多层建筑物和地表沉降,按国家三等水准测量技术要求作业,高程中误差≤±2.0mm,相邻点高差中误差≤±1.0mm。
3.2 沉降观测点的布设正常情况下,沿隧道中线上方地面每隔5m 布设一个沉降观测点,每隔20m 建立一个监测横断面,该断面垂直于隧道中线,每个断面上布设5个观测点,其中隧道中线上方一个点,左右间隔5m 各一个点。
对于软弱土层、或埋深较浅的区域,应根据隧道埋深和围岩地质条件,加密监测断面和测点。
当隧道上方为混凝土路面时,常布设两种沉降观测点,即分混凝土路面及路面以下土层两种,路面部分沿线路中线每20m布设一个观测断面,观测点直接布设在路面上,以量测路面沉降量;为了防止路面硬壳层不能及时、准确反映地层实际沉降情况,造成路面下方虚空,需钻穿混凝土路面并在路面以下地层中打入短钢筋布设观测点,以便对地层的沉降情况进行监测。
3.3 项沉降观测频率盾构机机头前10m和后20m范围每天早晚各观测一次,并随施工进度递进;范围之外的监测点每周观测一次,直至稳定。
当沉降或隆起超过规定限差(-30/+10 mm )或变化异常时,则加大监测频率和监测范围。
4.沉降槽分布形式分析4.1 横断面沉降曲线图1、2 是不同里程处隧道上方地表横断面沉降槽分布曲线。
一般地,隧道中线上方沉降量最大,沿两侧逐渐减小,大部分沉降曲线形状基本符合Peck 的正态分布曲线。
但有一部分沉降曲线左右并不对称,特别是左线隧道(后行)沉降曲线,大部分向右偏移,即左线隧道右上方地表沉降量较大,这除了与左右地质条件差异有关外,主要是由于受先行隧道(右线隧道)的影响,此外还可能与注浆以及刀盘旋转方向有关。
因此,地表沉降量最大值往往不是在隧道中线上方,而是出现在左右线隧道之间偏向后行隧道中线附近,当左右线间距较小时,这种情况更为明显。
图1 横截面沉降槽分布曲线图(左线隧道﹝后行隧道﹞)图2 横截面沉降槽分布曲线图(右线隧道﹝先行隧道﹞)关于横断面沉降槽分布规律前人已进行过大量研究,提出了很多沉降槽计算模型,如Peck 公式(1969),Attewell 公式(1981),O ’Reilly-New 法(1982),藤田法(1982)等。
其中应用最广泛的是Peck 公式,其他公式基本可看作是对Peck 公式的修正,仍保留沉降槽形状服从正态分布的假定。
Peck 公式对描述均匀地层条件下单线隧道的对称沉降槽分布较适合,但如前所述,由于地质原因、线路转弯以及先行隧道的影响,实际沉降槽曲线往往并非对称,本文采用高斯峰值函数进行拟合。
图1 、2 可见,对称和非对称形式沉降槽曲线均可得到很好的拟合,其相关系数R 高达0.94以上,拟合效果高度显著。
根据不同横断面沉降槽的统计结果,尽管最大沉降量变化较大(2~40mm ),但地面沉降槽宽度基本上都在20~30m 以内。
虽然沉降槽宽度较大,由于曲线反弯点附近沉降量变化很缓慢,在沉降槽宽度范围的建筑物并不一定都会受到严重影响。
一般地,沉降影响范围比沉降槽宽度要小,特别是当沉降量较小时,沉降槽宽度可能仍较大,但沉降影响范围则很小。
4.2 纵断面沉降曲线分布从两个方面来研究线路中线盾构机机头前后的纵断面沉降曲线分布。
一方面,考察不同时间同一观测点沉降量随机头位置变化情况。
即在盾构机前方20m 的线路中线上方地面处布设一个沉降观测点,当盾构机向前掘进时,盾构机逐渐临近并通过该点下方,然后又逐渐离去,根据观察将整个沉降过程分为五个阶段:① 先期沉降:指自隧道开挖面距地面观测点还有相当距离(数十米)的时候开始,直到开挖面到达观测点之前所产生的沉降,是随着盾构掘进引起地下水位降低而产生的。
因此,这种沉降可以说是由于孔隙水压降低、土体有效应力增加而产生的固结沉降,② 开挖面前部沉降或隆起:指自开挖面距观测点极近(约几米)时起直至开挖面位于观测点正下方之间所产生的沉降或隆起现象。
多由于开挖面水土压力不平衡所致,③ 盾构通过时沉降或隆起:指从开挖面到达观测点的正下方之后直到盾构机尾部通过观测点为止这一期间所产生的沉降,主要是土的扰动所致,④ 盾尾间隙沉降或隆起:指盾构机的尾部通过观测点正下方之后所产生的沉降或隆起。
是盾尾间隙的土体应力释放或注浆加压而引起土体的弹塑性变形,⑤ 后续沉降:指固结和蠕变残余变形沉降,主要是地基扰动和有效应力增大所致在这过程观测该观测点沉降量随机头位置变化的曲线(图3);另一方面,考察同一时间沿机头前后分布的观测点沉降量的变化情况。
即在线路中线上方地面每隔5m 间距布设一个沉降观测点,当这些点位于盾构掘进沉降影响范围时,考察在同一时间这些观测点沉降量的分布情况(图4 )。
图3 不同时间同一测点沉降量随机头位置变化曲线图4 同一时间不同观测测点沉降量沿机头前后分布曲线采用玻尔兹曼(Boltzmann )函数对沉降量随 机头位置变化曲线进行拟合。
可以看出,从上述两方面得到的纵断面沉降曲线分布规律是基本一致的。
在敞开式掘进情况下,在机头前方约6 m (约1 倍隧道直径)以外,地面基本无沉降迹象,部分出现轻微隆起趋势(隆起量小于1mm );在机头前方约5m 左右开始产生沉降;机头前方5m 至机头后约8~9m (约等于盾构机长度8.35m )是沉降主要发展阶段,这个范围的地层主要受盾构刀盘旋转及开挖面出土卸载影响(机头前方5m )以及 构机通过时盾壳对围岩扰动的影响(机头后约 ~ 9m ),沉降量约占总沉降量的80%以上;机头过去10~15m 后沉降趋于稳定,在这个范围,盾构已通过,对地层的扰动消失,同时,盾尾脱出后产生的围岩与管片间的建筑空隙得到了盾尾同步注浆的及时同步填充,对地层产生了很好的支撑作用,有效地抑制了地层沉降的进一步发展。
值得注意的是,上述结果是在盾尾同步注浆正常发挥作用的情况下得出的,如注浆压力、注浆量不足或注浆不及时,盾构通过后还会产生相当大的的后期沉降。
施工实践表明,只要注浆不正常,往往就会出现比较大的沉降量。
在存在软弱地层且周边环境对地面沉降控制要求较高时,一般采用土压平衡模式掘进。
如洞身或上覆土层为可塑~硬塑状粘性土及粉土、可塑状的粉质粘土、稍密状的粉土以及砂层等情况。
在土压平衡掘进模式情况下,沉降发展规律基本与敞开掘进模式的规律相似,但机头前方地面(距机头约6m )往往出现比较明显的隆起。
4.3 沉降随时间的发展规律从地面某个观察点开始产生沉降起,观测其沉降量随时间的发展情况。
本文采用横向沉降分布(Peck 公式),对沉降随时间变化曲线进行拟合(见图5)。
)2exp(222i x iV S l x -=π (1)式中:S(x)为沉降量(m);x 为距离隧道中心线的距离(m);i 为沉降槽宽度系数, V 为地层损失量)2/45(2ϕπ-=tg zi根据Peck 公式,最大沉降量约为(2)图5 Peck 公式计算示意图i V i V S l l 5.22max ≈=πLy y f f -='Ly y i i -='纵向分布采用公式:式中:S(y)为沿隧道纵轴线分布的沉降量(m ); y 为盾构推进起始点距离坐标原点O 的距离(m); yi 为盾构开挖面距离坐标原点O 的距离(m ) ; L 盾构机的长度(m ) ;Vl1为盾构开挖面引起的地层损失(m3/m ); Vl2为施工因素引起的地层损失(m3/m );i 为沉降槽宽度系数。
图6 纵向沉降分布计算示意图5.结语通过对广州地铁6号线2标区间隧道施工过程的地面沉降监测数据进行定量统计分析,基本上掌握了盾构施工过程的地表沉降规律,并用数学函数加以表达,包括:沉降槽分布形式、沉降随时间发展规律等。
经过研究得到了以下认识:⑴ 横断面沉降槽曲线可用Peck 公式拟合。
受先行隧道影响,后行隧道沉降曲线左右往往并不对称,地表最大沉降量向先行隧道一侧偏移,地面沉降槽宽度一般在20~30m 范围。
⑵盾构机头前后的沉降量分布可用纵向分布函数拟合。
在敞开式掘进情况下,机头前方约5m 处开始产生沉降,机头前方5m 至盾尾是沉降的主要发展区域,沉降量约占总沉降量的80% 以上,机头过去10~15m 后沉降趋于稳定。