盾构隧道开挖引起的地表沉降规律
盾构隧道开挖过程中地表沉降及对周围建筑物的影响
盾构隧道开挖过程中地表沉降及对周围建筑物的影响盾构法是一种常见的地下隧道开挖方法，其具有快速、安全、环保等优点，因此在现代城市建设中得到广泛应用。
然而，隧道开挖过程中地表沉降是一个不可避免的问题，特别是对周围建筑物可能会产生一定的影响。
本文就盾构隧道开挖过程中地表沉降及其对周围建筑物的影响进行探讨。
首先，盾构隧道开挖过程中地表沉降是由于地下土体的移动引起的。
盾构机在进行开挖作业时，通过推进装置将土层推向后方，形成一定规模的开挖土洞。
这种土洞会导致地下土体的松动和沉降，进而引起地表的沉降。
随着隧道的推进，这种沉降作用会沿着盾构机的行进方向逐渐向外扩散。
其次，盾构隧道开挖过程中地表沉降对周围建筑物会产生一定的影响。
这种影响主要体现在以下几个方面：1. 建筑物的沉降：地表沉降会使周围建筑物沿着地表下降，对建筑物的结构和稳定性产生一定的影响。
较大的沉降量可能导致建筑物出现裂缝或倾斜等问题，甚至引发建筑物的损坏。
2. 地下管线受损：盾构隧道开挖过程中，地下管线遭受到地表沉降的影响，可能会发生移位、断裂等问题，导致供水、供气、排水等基础设施的中断和故障。
3. 地铁、地下车库等地下工程的运营安全：如果盾构隧道开挖过程中的地表沉降对周围地下工程的稳定性产生较大影响，可能会对地铁、地下车库等地下工程的运营安全带来潜在威胁。
为了降低盾构隧道开挖过程中地表沉降及其对周围建筑物的影响，可以采取以下措施：1. 加强监测预警：通过对盾构施工过程中的地表沉降进行实时监测，及时发现沉降异常，并采取相应的补救措施，以降低对周围建筑物的不良影响。
2. 合理施工工艺：在盾构隧道开挖过程中，采取合理的施工工艺，控制土体的松动和沉降，减小地表沉降量。
3. 采用土压平衡盾构机：土压平衡盾构机是一种专用于软土地质的盾构设备，其可通过施加适当的土压力来平衡地下土体的移动。
采用这种盾构机进行施工可以有效控制地表沉降。
4. 合理设计隧道轴线和深埋深度：在隧道的设计阶段，需要充分考虑到周边建筑物的情况，合理选择隧道的轴线和深埋深度，尽量减小地表沉降对周围建筑物的影响。
盾构施工引起的地表沉降演示
主要介绍内容
引言 盾构法施工原理 盾构施工引起的土体变形 邻近建筑物工况下盾构施工引起的
地面沉降
一、引言
地铁因其运输能力大、速度快等特点在人们的日常生活中 发挥着越来越重要的作用，尤其在人口密集的大城市，对于 缓解地面交通压力，效果更是不可替代。我国地铁建设开始 进入大发展时期。目前中国有约20多个大城市正在建设和筹 建自己的轨道交通。其中，北京、上海、广州正在扩建地铁 网络，深圳、南京、杭州、天津、成都等城市也在兴建地铁。
图2-1 盾构机组成图
壁后注浆是对盾尾形成的施工空隙进行填充注浆，以
减小由于盾尾空隙而产生的地基应力释放和地层变形，是 盾构施工的重要环节之一。如图2-2所示，壁后注浆是通 过在盾构壳上设置注浆管，在空隙生成的同时进行注浆的 同步注浆方式和通过管片上预留的注浆孔进行注浆的及时 注浆方式两种，其中同步注浆更有利于地基沉降的控制。 注浆压力一般取1.1~1.2倍的静止土压力，通常采用 0.3~0.4MPa，略大于隧道拱底的土压力，为拱顶土压力 的2倍以上。压浆量一般为理论注浆量(盾尾空隙)的 140~180%。
3.2.2 横向地表沉降
在包括有“隧道掘进引起地表沉陷”议题的国际土力 学地基基础墨西哥会议上，Peck的“state of the art report”的报告是十分有名的。其中提出的沉降槽形状近 似于概率论中的正态分布曲线。
3.3 地层沉降的分布范围分析
地面沉降的分布模块是三维的(图3-5)。随着盾构推进，所 设的观测点处的沉降量逐渐增加，沉降区域的宽度也日趋扩展。
它是指开挖面到达某一测量位置时，在它正前方的那部分 地面沉降。不同盾构类型构成不同的隧道开挖方式，由于各种 推进参数(如盾构推进速度、最大推力等)的差异，使开挖面的 土体应力状态也截然不同，这便形成了覆盖层的土压增加或应 力释放。
地铁隧道盾构法施工引起地表沉降分析论文
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着我国地铁建设的不断发展，在地下工程施工中人们越来越重视盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物的影响,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估。
本文论述了peck横向沉降槽经验公式，并与相关工程相结合深入探讨了盾构掘进法施工隧道对地表沉降影响，并提出相关建议。
关键词：盾构法施工、地表沉降、分析中图分类号：tf351文献标识码： a 文章编号：一、前言现阶段，盾构法施工已成为国内城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。
和其他施工方法一样，由盾构法施工导致的地表沉降及对周围环境产的影响是盾构法施工的一个重要问题。
目前国内外专家学者对隧道施工引起地表沉降的预测方法主要有：经验公式法、模型试验法、数值分析法、理论预测法等。
在实际工程中主要是以建立在实测数据基础上的经验公式法为主，但是这种方法大都局限于预测地表面处的位移，在指导施工中具有很大的局限性。
而数值模拟法能动态反应盾构推进过程中土层中各点变形随时间的变化情况，而且可以对影响地表的许多因素进行直观的分析。
二、peck横向沉降槽经验公式沉降计算中最经典、常用的公式是peck公式。
peck认为,不排水情况下隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积；地层损失在整个隧道长度上均匀分布,隧道施工产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线(如下图1)。
横向地表沉降的预估公式以及最大沉降量的计算公式为：式中:s(x)为距隧道中心轴线为x处的地面沉降,m； i 为地表沉降槽宽度,即曲率反弯点与中心的距离,m；smax为隧道轴线上方地表最大沉降量,m；vl为盾构隧道单位长度的地层损失量,m3/ m。
图 1地表横向沉降分布曲线反弯点i处的沉降量s≈0.61smax,最大曲率半径点的沉降量s ≈0.22smax。
沉陷槽断面积a≈。
想要预测地面沉降量,必须先估计出地层损失量。
在工程实践中,地层损失量与盾构种类、操作方法、地层条件、地面环境、施工管理等因素有关,一般难以正确估计。
盾构地面塌陷
一、盾构引起地层沉降的原理
（1）开挖面土体的移动。
盾构掘进时候，开挖面土体的松动和崩塌，破坏了原来地层应力平衡状态，导致地层沉降和隆起。
（2）盾构法施工过程中盾构后退。
致使开挖面塌落和松动引起地层损失产生地表沉降，采用降水疏干措施时，土体应力增加，再次引起土体固结变形。
（3）土体挤入盾尾空隙。
主要原因是因压浆不当，使盾尾后部隧道周边土体向盾尾坍塌，产生地层损失，引起地层沉降。
（4）盾构推进方向的改变、盾尾纠偏、仰头推进、曲线推进都会使实际开挖面形状偏大于设计开挖面而引起地层损失。
（5）盾壳移动与地层间的摩擦和剪切作用，引起地层损失。
（6）土体受施工扰动的固结作用，其中，次固结沉降往往要持续几年，在软土中它所占沉降量的比例高达35%。
（7）随着盾构推进的而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙而又未能及时注浆。
（8）在水、土压力的作用下隧道衬砌产生变形，会引起小量的地层损失，从而导致地层沉降。
二、土仓压力的设定
土仓压力设置为静止土压力偏大设置，或者按被动土压力控制。
会对盾构掘进速度以及盾构机的使用消耗有影响。
三、注浆
根据地层的灵敏度，加强注浆的管理，或者提供二次注浆，采用压力控制，住不进为止。
四、设备本身的问题
是不是盾尾尾刷有问题，压力保不住？或者掌子面的土体改良泡沫效果不好，没有形成掌子面的泥膜稳定状态。
五、推进过程中问题
南昌小半径曲线太多了，塌落地面是不是都位于缓和曲线上，或者就是位于圆曲线上，盾构纠偏太多，左右摇摆。
1。
复合地层中盾构法建设地铁地表沉降规律研究
复合地层中盾构法建设地铁地表沉降规律研究1. 本文概述本研究针对城市复杂地质条件下地铁隧道施工过程中采用盾构法穿越复合地层时地表沉降问题，旨在深入探讨并揭示此类工况下的地表沉降机理与规律。
论文首先回顾了国内外关于盾构施工引起地表沉降的研究进展，总结了现有理论方法和工程实践中的关键技术措施，并指出了复合地层特性对地表沉降控制的重要性。
在此基础上，本文通过翔实的现场监测数据收集、理论分析与数值模拟相结合的方法，系统研究了盾构掘进过程中的土体应力重分布、地层变形以及地表沉降的发展演变规律。
本文还将探究盾构施工参数（如推进速度、刀盘推力、注浆压力等）与地表沉降之间的内在联系，构建适合于复合地层条件下的地表沉降预测模型，并提出针对性的地表沉降控制策略与优化建议，力求为类似工程项目的科学决策与安全施工提供理论指导和技术支撑。
2. 复合地层特性及其对盾构施工的影响复合地层通常指由多种地质单元交错分布或相互叠加形成的复杂地质环境，这种地层组合了如黏土、砂土、砾石、岩石以及人工填土等多种土壤类型，甚至可能包含含水层和不透水层的交替出现。
在地铁盾构施工中，复合地层的特性对盾构掘进过程及其引发的地表沉降有显著影响。
复合地层的力学性质差异大，各层之间的摩擦系数、强度、压缩性和渗透性等参数各异，这导致盾构机在掘进过程中所受阻力、刀盘切削效率和地层稳定性存在较大变异性。
例如，在穿过坚硬岩石层后进入软弱黏土层时，盾构机推进压力需要适时调整以防止因推力突变而造成的地层扰动过大，从而减小地表沉降的风险。
复合地层中的地下水状况也对盾构施工和地表沉降有着直接关系。
含水层的存在会增加地层的可压缩性和流动性，使得盾构掘进时易产生更大的地层损失和地下水突涌，进而加剧地表沉降和周边环境破坏。
而采用合理的注浆技术、控制掘进速度和土压力平衡则是有效应对地下水影响的关键措施。
不同地层间的过渡界面往往是地表沉降较为敏感的区域，盾构通过这些界面时，由于应力传递和扩散效应，可能会导致地层应力重新分布，加大地表沉降的不确定性。
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着社会的快速发展，地铁在城市中的作用越来越大。
本文简要叙述了地铁隧道盾构法施工而引起的地表沉降的原因，根据土质的不同，采取不同的掘进方法，努力确保地铁隧道的施工质量，为城市地铁隧道施工企业提供参考。
关键词：地铁隧道、盾构法、地表沉降一、前言随着经济社会的不断进步，地铁已经逐渐成为发达城市的重要交通要到，在一定程度上缓解了交通压力。
在城市地铁建设中，最常用的方法是盾构法施工。
盾构法施工的优点的能够不间断的进行掘进，而且掘进进度比较稳定，能够在软弱土层进行施工。
但是由于盾构法施工过程中，刀盘与盾体、盾体与管片存在间隙，在同步注浆无法及时跟上的情况下，容易造成地表沉降。
因此，在地铁建设中必须要加强对沉降的观测，并加以控制。
在为城市地铁隧道进行盾构施工时，由于施工环境能很大程度上避免施工影响，因此要严格控制地表沉降，保证施工质量。
二、地表沉降的原因分析地表沉降在城市地铁隧道盾构法施工中是很常见的。
依据对之前盾构法施工的隧道分析，发现引起沉降的原因主要有：1、降水引起的沉降盾构进出洞或换刀过程中需要进行降水，在运用盾构法施工的过程中经常会出现堵水、排水现象，降水后会因为吸排水的速度形成曲面水位，使降水处的含水层中土有效力增加，从而发生沉降。
2、地层应力引起的沉降在隧道进行盾构法施工掘进时，通常会造成土体松动甚至坍塌，使周围的土壤结构发生变化和地层原始应力的改变。
盾构法施工中，在弯道及水平进行纠偏时，容易照成周围的土层因挤压而破坏，使土层平衡状态受到破坏，引起地表沉降。
3、在不稳定的土层中施工时，盾构机与管片间隙必须及时注浆填充，并且能够确保压浆材料的性能和充填量满足设计要求，否则地表将发生沉降。
在施工过程中，由于种种限制，可能会发生超挖现象。
致使盾尾后建筑空隙不规则扩大，不能确定空隙面积，不及时对空隙进行处理，则很容易造成地表沉降。
三、掘进控制技术盾构法施工的重要工序之一就是掘进。
CRD法隧道开挖引起的地面沉降变形规律研究
地表 移 动过程 看成 是随机 过程 ， 用概 率论 的方法建 立 由地 下单 元 开采 引起 的岩 层 及地 表 单元 下 沉 盆地 表 达 式、 单元 水平移 动表 达式 ， 经迭加 建立 地表 下沉 的剖 面方程及 其移 动与 变形分 布表 达式 。 本研 究针对 青 岛海底 隧道接 线工 程 Ｙ Ｋ１ ＋ｌ ６ ０ ＹＫ１ ＋３ ８ ３段 Ｃ Ｒ Ｄ法 施工 ， 利 用 数值 计 算 结果 提 出用
随机介 质理 论于 ２ ０世 纪 ５ ０年代 由波 兰学者 Ｌ ｉ ｔ ｗｉ ｎ ｉ ｓ ｚ ｙ ｎ ［ ｝ ｛ 首先 引 入岩 层 与地 表移 动 ， 我 国学 者 阳军生 等［ ９ 通 过深 入研 究发展 为概 率积 分法 ， 并 在 白重应 力型 煤矿 得 到 了广泛 应用 。Ｉ ｉ ｔ ｗｉ ｎ ｉ ｓ ｚ ｙ ｎ等 应 用非 连续 介质 力学 中的颗 粒体 介质 力学研 究岩 层及地 表移 动 问题 ， 认 为 开采 引起 的岩层 和 地表 移 动 的规 律 与作 为 随
行研 究 ， 得 出对 应 于盾构 推进 时不 同位 置 的横 向地 表 沉 降公 式 。Ｏ’ Ｒ ｅ ｉ ｌ ｌ ｙ ［ ６ 假定 所有 的地层 变 形 满 足常 体
积形 式 ， 按照横 向沉 降 的正态分 布 曲线 的假 定 ， 提 出纵 向沉 降应 该具 有 累积概率 曲线 的形式 。侯学 渊ｌ ７ 总结 了上海 延安东 路 隧道 的纵 向沉 降分 布规律 ， 提 出了“ 负 地层损 失” 的概念 ， 利用 数理统 计 的方 法得 出 了上 海软 土纵 向沉降 与地层 损失 之间 的关 系 。经验 公式法 预测 隧道 开 挖引起 的地 面沉 降取 得 一定 成 果 ， 但 已有 的成
盾构施工地面沉降的控制技术
盾构施工地面沉降的控制技术现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格(如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。
盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。
目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。
研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。
第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律1、盾构施工引起的沉降理论盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动,必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。
土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基等)[2]。
图5-1-1 盾构施工对土体的扰动盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。
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摘要:地表沉降值是衡量开挖方式是否合适的关键指标,因此监测和预测地表沉降有重要的实际意义。
在文中,根据对盾构法开挖隧道引起的地表沉降监测资料,做出了观测断面中心点的速度直方图和观测断面中心点位移随盾构机推进的位移变化图。
通过分析 ,发现当盾构机到达测量断面前5ｍ～8ｍ后,地表测点的变形达到最大隆起值,然后测点的变形速度为负值,开始向下运动;在盾构机通过测量断面大约25ｍ后,测点位移几乎不再增加,变形速度也变得很小。
关键词:地表沉降;盾构机;测量断面
由于盾构法具有不影响地面交通、对周围建(构)筑物影响较小、适应软弱地质条件、施工速度快等优点,在地铁工程中得到广泛应用。
地下施工不可避免地会对周围土层产生扰动,从而引起地面沉降(或隆起),这将使邻近建筑物受到不同程度的影响,并可能危及地下电缆、水管、煤气管道等设施的正常使用。
因此,究竟会发生多大的沉降或隆起,会不会影响相邻建筑物的安全,是地铁隧道盾构施工中最关键的问题。
所以,在施工中对隧道沿线进行地表沉陷监测是必不可少。
它能使现场施工人员及时了解由盾构推进所引起的地面沉陷及附近建筑物或地下管线因此受到的危害程度,以便拟定有效保护措施,并对其实施效果进行跟踪监督[1]～[3]。
本文以某地铁盾构隧道的地面沉降观测为基础,详细分析了开挖过程中和完成后的沉降规律 ,这对评价开挖对地面建筑及地下管线的影响有一定的指导意义。
1 地表沉降的影响因素及其发展过程影响盾构隧道地表沉降因素有渣土仓压力、地层性质、盾尾注桨开始时刻、注浆量和注浆压力、出土量及盾构推进速度等,而地表沉降是这些因素综合影响的结果。
地层沉降主要取决于地层类型、盾构机类型及施工状况。
沉降历时曲线可分为5个阶段,如图1所示[4]:(1) 先行沉降:指自隧道开挖面距地面观测点还有相当距离(数十米)开始,直到开挖面到达观测点之前所产生的沉降。
(2) 开挖面前的沉降和隆起:指自开挖面距观测点极近(约几米)时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。
(3) 盾尾沉降。
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) 盾尾空隙沉降。
指盾构机的尾部通过观测点的正下方之后所产生的沉降,是盾尾空隙的土体应力释放所引起的弹塑性变形。
(5) 后续沉降。
指固结和蠕变残余变形沉降,主要是地基扰动所致。
这些沉降多非同时发生,地基条件和施工状况不同,沉降的类型也有所不同。
2 地质概况该隧道位于新华夏系第二沉降带的区域构造背脊之上,在勘探深度范围内未见断层活动迹象。
其埋深为15ｍ左右;开挖直径为5.7ｍ。
从上往下,土层依次为人工填土层、粘质粉土砂质粉土、粉细砂和中粗砂、圆砾和卵石、粘质粉土砂质粉土。
3 观测数据分析在隧道沿线地表共连续布置了17个断面,每个断面布置了7个测点。
在测量断面上测点分布形式,如图2所示。
测量断面上的中心点位于隧道中心线上。
随着盾构机推进,测量各个测量断面上各测点的高程变化,得到各点的沉降值。
3.1 观测断面沉降曲线分析根据观测到的每个断面上各个测点的沉降值,画出测量断面沉降曲线。
通过做出的各个断面的沉降曲线,得出如下规律:(1) 当盾构机工作面在测量断面前大约3ｍ之前,各个测点的沉降值基本相等,即发生整体隆起或下沉,如图3ａ所示。
(2) 当盾构机通过测量断面后9～27ｍ之间位移增加值变小,这说明从这以后盾构的推进对该断面的影响不大。
(3) 位移增加最快的点一般位于盾构机通过测量断面0～12ｍ。
在这段距离内,产生的沉降值在4～5ｍｍ之间。
因此,在该区间要加强观测,以防发生大的沉降。
(4) 沉降标准正态分布曲线不是在沉降最初阶段就出现,而是在沉降发生的图1所示的第2、3、4阶段出现,如图3ｂ所示;而且其出现点也没有规律。
这说明地层沉降的变化过程无法用正态分布曲线(即ｐｅｃｋ公式)描述,只能用它来描述在该点以后的沉降发展。
(5) 在有些断面,沉降标准
正态曲线的出现点与位移增加变缓点重合,因此沉降标准正态曲线的出现也在某种意义上说明位移从该时刻起开始缓慢变化。
(6) 从位移增加变缓点开始,地表各点的位移仍然增加,直到出现最大沉降值。
(7) 每个测量断面两个边点的沉降值变化没有明显的规律。
但是,在同一个断面的两个边点的沉降规律基本相同。
在盾构机推进过程中,有时由于其它因素的影响地表位移还会发生反弹。
3.2 观测断面中心点的沉降速度分析沉降速度柱状图中的速度是指盾构机每推进1ｍ,在测量断面中心点产生的沉降值。
因为,在开挖中,影响测点沉降值的关键因素不是时间,而是盾构机的推进,虽然土也会随时间发生固结和蠕变变形,但是,所监测到的仍是土的瞬时变形。
另外,图中负距离表示盾构机已经通过测量断面,下同。
从做出的观测断面中心点的沉降速度直方图,可见:(1) 沉降速度一般为-0.5～1ｍｍ/ｍ之间,最大值一般不超过2.5ｍｍ/ｍ。
(2) 沉降速度一般在盾构机通过测量断面30ｍ后,变得非常小,如图4ａ和图4ｂ所示,这与位移呈线性增加段基本吻合。
(3) 当盾构机通过某段时,对测量断面的位移影响很大,这时沉降速度大,且沉降速度在该段上基本保持不变。
这种现象当盾构机推进到测量断面附近时容易出现。
在这些区域,位移增加迅速;并且位移最大值,位移迅速增加点或位移正态分布标准曲线一般出现在该区域。