_盾尾间隙注浆对地表沉降的影响研究
盾构施工工艺诱发地表沉降规律浅析
万方数据第１期朱才辉等：盾构施工工艺诱发地表沉降规律浅析了划分。
魏纲等【４ｌ利用弹性力学的Ｍｉｎｄｌｉｎ解，推导了适用于施工阶段正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力引起的地面变形计算公式。
徐永福等【５Ｊ研究了盾构掘进引起土体应力．应变的规律，他们将盾构掘进引起土体应力的变化分为５部分：①盾构推进时盾构工作面前的土体应力的变化；②在切削过程中盾构工作面上土体应力的变化：③盾构推进时与土体之间的摩擦力引起的土体应力的变化；④盾构脱盾时产生的空隙引起土层土体应力的变化；⑤地应力恢复时土体长期流变引起的土体应力的变化。
Ｍａｉｒ掣６Ｊ将盾构隧道施工引起的地层位移划分为以下５个阶段：①盾构到达前先行沉降；②盾构到达时的地面变形；③盾构通过时推进沉降；④盾构通过后盾尾空隙瞬时沉降；⑤后期固结变形。
刘建航、侯学渊ｆ７】将地面变形简化为３个阶段，即盾构到达前的地面变形、盾构到达和通过时的地面变形和地表后期固结变形。
从以往的研究经验可知，盾构施工工艺水平的高低直接影响着地表的沉降量的大小，总的可以归纳为以下３个主要方面：①开挖面支护压力不足引起的位移；②盾构刀盘偏心超挖引起的位移；⑧盾尾注浆不足过程引起的位移。
以上所述的诸多工艺因素是引起地表沉降的３个最主要的负面因素，但对于以上因素对地表沉降影响程度大小的量化分析结果还不多，本文基于Ｒｏｗｅ等【８ｊ提出的“间隙参数”概念，对“间隙参数”进行相应的修正，再基于Ｌｏｇａｎａｔｈａｎｌ９１公式，利用修正的“间隙参数”对地表沉降进行上述３大工艺因素的量化分析，同时对张云等【ｌ０】基于经验提出的等代层参数厚度进行相应的修正，结合实际工程对本文提出的方法合理性进行验证。
２间隙参数的取值探讨为了分析上述因素对地表沉降的影响，很多学者进行了理论分析和简化模型来计算地表的空间或平面沉降及水平位移，Ｒｏｗｅ和Ｋａｃｋ将三维的隧道变形，主要包括向开挖面处的弹龌性变形、盾构机周围的超挖、以及盾构机和衬砌之间的物理间隙，在平面上等效为一个二维的空隙，提出间隙参数的概念，根据Ｌｅｅ等【１ｌ】提出的理论分析模型，得到了不排水条件下间隙参数的计算公式：ｇ＝Ｇｏ＋％＋Ｗ（１）式中：ＧＰ为物理间隙；％为隧道开挖面的三维弹塑性变形；ｗ为工艺水平数。
关于地铁盾构施工中注浆技术的研究
关于地铁盾构施工中注浆技术的研究张嵩天津市地下铁道集团有限公司，天津 300000摘要：随着人民生活水平的不断提高，交通的发展成为城市规划建设的重中之重。
地下铁路是现代城市交通体系重要的组成部分，在城市建设、经济发展和提高人民生活水平方面发挥了重要作用。
由于地铁主要设施位于地面以下，使得地下施工成为地铁建设工程的主体。
地铁这一轨道交通工具将显著地缓解城市交通压力，疏解主城中心区交通拥堵、改善居民的出行。
而盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点。
在近年来地铁工程施工中得到广泛应用。
关键词：地铁；盾构施工；注浆技术中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)30-0244-02引言由于城市化进程对交通的需求和地面空间的限制，使得近年来国内城市地下交通的进展与建设不断加速。
盾构法因为其施工效率度高、施工安全可靠性高、一般的盾构施工所采用的保护方法主要有地面隔离桩保护、地面跟注浆浆或地面深孔注浆加固建筑物基础等方法。
1 地铁工程盾构施工技术的施工原理盾构法主要是法国工程师所发明的一种隧道施工方法，这种施工方法至今已经使用了超过100多年的，发展速度极为迅速，遍布全球各个国家的地铁隧道工程建设中。
地铁隧道采用盾构法进行施工，其主要目的就是为了能够在盾构的保护之下安全顺利进行地层开挖以及成衬砌支护工程等。
后构法的构造较为复杂，其主体结构较多，盾构法在实际进行施工的过程中，主要是通过安装和拆卸、地层开挖和推进、衬砌支护拼装以及防水等几个方而的施工工序。
在使用盾构法进行实际施工的过程中，必须要依据地铁的规划来进行设计，也就是首先在隧道内部的一端利用明挖法来建造起基坑，之后在该基坑的内部安装上盾构机，嵌入到土层之中去，在盾构架的掩护之下进行地层的开挖工作以及衬砌装配等，当衬砌环上的千斤顶利用自身的推力来帮助盾构架克服掘进过程中的土层阻力，通过这一方式，才能够使盾构架能够保持持续的前进速度。
盾构施工地表沉降的控制措施探讨
盾构施工地表沉降的控制措施探讨发布时间：2021-11-26T11:05:56.224Z 来源：《房地产世界》2021年13期作者：杨龙[导读] 在工程建设的过程中去应用盾构施工法已经 10 分的普遍，尤其是在地铁施工当中，是一种十分常见的施工手段。
这种施工手段在我国地下施工方面有着重要的作用，但是会引起地表下降的问题，出现也是不可避免的。
中交第三公路工程局总承包分公司北京100000摘要：在工程建设的过程中去应用盾构施工法已经 10 分的普遍，尤其是在地铁施工当中，是一种十分常见的施工手段。
这种施工手段在我国地下施工方面有着重要的作用，但是会引起地表下降的问题，出现也是不可避免的。
为了进一步确认工程施工的安全及质量，需要将地表沉降的问题进行控制，去分析地表沉降的原因，提出相关的策略方案，进一步促进施工的顺利完成。
关键词：盾构施工；地表沉降；控制措施引言我国是一个人口大国，并且人口数量也在不断增长，为了进一步对社会的发展以及进步做出应对，城市的建设也在不断的扩大。
以往教育传统的出行方式已经不能够满足人们现在的出行需求。
现代人具有着较快节奏的出行特点，而地铁的出现，则对这一难题进行了解决，因此现在地铁的建设已经被大范围的运用使用。
而在地铁的建设过程当中盾构施工所拥有的优点，让其成为地铁建设的主要建设方式，但是地表沉降问题也是十分常见的，特别是在一些黄土地层。
这一些现象发生率较高，如果不进行有效的控制，甚至会造成施工附近，建设安全问题不稳定。
盾构施工不同阶段所发生的地表沉降1 超前沉降1.1 超前沉降情况发生的主要原因与土体的特性有着直接的关系。
超前沉降的产生主要在盾构切口的范围之内，在盾构还没有达到之前所产生的地表沉降现象，是因为在进行应力开采时应力中的分布。
但是它的沉降量较小，与掌子面支护的压力也存在着一定关联。
开挖面沉降1.2 在进行地面开挖的施工过程中，也会出现地表沉降，但大多都是前方几米处出现沉降或者是隆起，盾构切口也会随之发生变化，也出现地表沉降的现象。
砂卵石地层盾构施工注浆对地表沉降分析及措施
砂卵石地层盾构施工注浆对地表沉降的分析及措施【摘要】：盾构法隧道施工时地表沉降仍然是施工控制中的突出问题之一。
砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降反应快、具突发性，危害极大，是工程中急待解决的问题。
本文分析了地表沉降的原因，结合北京地铁十号线盾构隧道的工程实践，有针对性提出了各种应对措施，为各位读者略作参考。
【关键词】：盾构施工；砂卵石地层；地表沉降；注浆；对策。
中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：引言盾构法隧道施工技术以其施工速度快、施工安全性好、工程质量有保障、对周边环境影响小而成为城市地铁隧道施工最佳的工法选择。
随着盾构制造技术的逐步国产化，盾构法隧道成本进一步降低，近年来该工法在城市地铁施工中得以大面积推广。
但在盾构法隧道施工过程中，地表沉降控制由于受地质水文条件、盾构选型、施工参数、施工经验、施工工艺控制等条件的影响仍然是施工控制中的突出问题之一。
特别是在砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降具有突发性，反应快，处理不当易造成较严重的安全事故。
一、沉降原因盾构掘进引起土体变形的原因很多，而且各自发生的机理不同，主要有以下几方面。
1、开挖时水土压力不平衡。
土压平衡式盾构或泥水盾构，由于掘进量与排土量不等，开挖面土压力、水压力与压力舱形成压力不平衡，致使开挖面失去平衡，产生土体变形。
2、推进过程中围岩扰动。
盾构推进时，由于盾构的壳板与围岩摩擦和围岩的扰动而引起土体下沉或隆起，特别是蛇形修正和曲线推进时的超挖，是产生围岩松动的原因。
3、盾尾空隙和壁后注浆不充分。
由于盾尾空隙的产生使受盾壳支撑的围岩朝着盾尾空隙变形而产生土体下沉。
土体下沉程度受壁后注浆材料的性质、注入时间、位置、压力、数量等影响。
4、衬砌变形与变位。
管片连接螺栓不紧固，管片环易变形，盾尾空隙增大，盾尾脱出后外压不均等导致衬砌变形或变位，从而造成土体沉降。
二、砂卵石地层的掘进注浆对地表沉降影响的分析砂卵石地层掘进，地表沉降反应快，如不及时处理将导致地表较大沉降或坍塌，地表建筑物将出现裂缝，甚至垮塌，在砂卵石地层进行盾构掘进施工及时有效的同步、二次、径向注浆对地表沉降控制尤为关键。
关于地铁盾构施工引起的地表沉降问题研究
关于地铁盾构施工引起的地表沉降问题研究1. 引言1.1 研究背景地表沉降是指由盾构施工引起的地表下降现象，可能对周围建筑物、道路、地下管线等造成影响。
研究地铁盾构施工引起的地表沉降问题，对于保障城市地下空间的安全和稳定，具有重要的实践意义和工程价值。
目前，针对地铁盾构施工引起的地表沉降问题的研究仍存在一定的不足，需要进一步深入探讨。
本文将重点探讨地下盾构施工原理及影响、地表沉降监测方法、地表沉降问题影响因素分析、地表沉降控制措施以及地表沉降对周边建筑物的影响，为解决地下工程施工所带来的地表沉降问题提供参考和借鉴。
1.2 研究目的研究目的是为了深入了解地铁盾构施工引起的地表沉降问题，探讨其影响因素及对周边建筑物的影响，为地铁盾构施工提供科学的监测方法和控制措施。
通过研究地铁盾构施工原理及影响，可以更好地把握地表沉降机理，减少对地表环境的影响，保障周边建筑物的安全。
研究地表沉降问题的影响因素分析，能够帮助相关部门有针对性地制定监测和控制措施，降低地铁盾构施工对地表沉降的影响。
地表沉降对周边建筑物的影响也是研究的重点之一，通过深入分析这一问题，可以更好地保护周边建筑物的安全，为城市地铁建设提供可靠的技术支持和参考依据。
通过本研究，可以为地铁盾构施工引起的地表沉降问题提供科学的解决方案，促进城市地铁建设的可持续发展。
1.3 研究意义地铁盾构施工在城市地下空间开发中起到至关重要的作用，但其施工过程中可能会引起地表沉降问题。
研究地铁盾构施工引起的地表沉降问题具有重要的理论和实际意义。
通过深入研究地铁盾构施工对地表沉降的影响机理，可以为地铁施工提供科学依据，减小地表沉降对周边环境的影响。
探讨地表沉降监测方法和地表沉降问题的影响因素，可为城市地下空间开发提供重要的参考和指导，使工程施工更加安全可靠。
研究地表沉降对周边建筑物的影响，有助于提高城市建筑物的抗震性和安全性，保障市民的生命财产安全。
深入研究地铁盾构施工引起的地表沉降问题具有重要的现实意义和社会意义，对城市发展和人们生活质量的提高具有积极的促进作用。
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。
盾构同步注浆参数对地表变形的影响分析
盾构同步注浆参数对地表变形的影响分析丁万涛;杨起江;朱建;叶飞;王树英;王承震;王志成【摘要】盾构壁后注浆是盾构隧道施工的关键环节,对地表沉降有着显著影响.结合长株潭城际铁路某区间盾构隧道施工,对盾构壁后注浆对地表沉降的影响进行研究.首先,选取3个断面,通过比较理论注浆量与工程实际注浆量,得到注浆损失量与理论注浆量的比值,将其定义为注浆损失系数.然后,利用ABAQUS有限元数值模拟软件模拟盾构开挖注浆过程,分析不同注浆损失系数下地表沉降的变化规律.考虑到工程实际中的非均布注浆压力模式,对开挖注浆过程进行数值模拟,并与均布注浆压力模式以及实测数据进行对比分析.结果表明:注浆损失系数越大,引起的地表沉降量越小;非均布注浆压力下的地表沉降与实际情况吻合较好,但沉降值比均布注浆压力下的沉降值大.因此在评估地表变形时应当考虑到非均布注浆压力的影响,而不仅仅是均布注浆压力下的地表沉降量.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2018(049)014【总页数】6页(P89-94)【关键词】同步注浆;数值模拟;注浆损失系数;地表沉降;非均布注浆压力;盾构施工【作者】丁万涛;杨起江;朱建;叶飞;王树英;王承震;王志成【作者单位】山东大学齐鲁交通学院,山东济南250061;山东高速工程咨询有限公司,山东济南250002;山东大学齐鲁交通学院,山东济南250061;长安大学公路学院,陕西西安710064;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中铁十四局集团有限公司,山东济南250014;中铁十四局集团有限公司,山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】TV5431 研究背景随着城市交通压力日益增加，城市地铁建设得到迅速发展，地铁施工所需的盾构施工技术也日益成熟。
针对盾构隧道引起的地表沉降变形问题，国内外许多专家进行了大量的研究，取得了众多研究成果。
从其中可以得出，盾构隧道壁后同步注浆是减小地层沉降、控制地层应力、释放地层变形的重要手段之一，也是盾构施工的必备以及关键工序。
关于地铁盾构施工引起的地表沉降问题研究
关于地铁盾构施工引起的地表沉降问题研究一、引言随着城市化的不断发展，城市交通问题成为了人们日常生活中的重要问题。
地铁作为城市中重要的交通方式之一，受到了广泛的关注和重视。
而地铁盾构施工作为地铁建设的重要环节，却也引发了地表沉降问题。
地表沉降不仅会给城市带来隐患，还会对周边建筑和地下管线造成潜在危害，因此需要进行深入的研究和分析。
二、地铁盾构施工引起地表沉降原因分析1.地层结构影响：地层的不均匀性会对施工过程中的地表沉降产生影响。
特别是在地质条件复杂的地区，地铁盾构施工更容易引起地表沉降问题。
2.施工方案：地铁盾构施工方案的选择会直接影响地表沉降的情况。
一些不合理的施工方案可能会导致地表沉降问题的加剧。
3.施工工艺：盾构施工的工艺操作是否规范、操作技术是否熟练、施工过程中是否遵守相关规定等都会对地表沉降问题产生影响。
4.地下水位：地下水位的变化也是地表沉降的一个重要因素。
地铁盾构施工会引起地下水位的变化，进而影响地表沉降情况。
1.对地下建筑和地下管线的损害：地表沉降会加剧地下建筑和地下管线的受损程度，严重时可能导致建筑物倾斜或破坏，管线破裂等问题。
2.对周边环境的影响：地表沉降会对周边的居民生活和交通产生一定程度的影响，特别是在城市密集区域。
3.安全隐患：地表沉降会导致地面沉降，一旦达到一定的程度，可能引发地面塌陷事件，对人民的生命和财产安全产生威胁。
1.合理选择地铁盾构施工方案：在地质条件复杂的地区，需要针对实际情况制定合理的施工方案，减少地表沉降的风险。
2.严格控制施工工艺：规范盾构施工的操作流程和技术要求，确保施工操作规范，达到最小化地表沉降的目的。
3.合理控制地下水位：合理控制施工过程中的地下水位变化，减少地下水位对地表沉降的影响。
4.加强监测和预警：在施工过程中加强地表沉降监测，及时发现问题并采取相应措施，减少地表沉降对周边环境的影响。
五、结论地铁盾构施工引起的地表沉降问题对城市建设和居民生活都会产生一定的影响。
关于地铁盾构施工引起的地表沉降问题研究
关于地铁盾构施工引起的地表沉降问题研究随着城市交通的快速发展，地铁已成为许多大城市的重要交通方式。
而地铁建设中使用的盾构施工技术，虽然在解决城市交通问题上起到了积极作用，但也引发了一系列的地表沉降问题。
地表沉降对城市建设和居民生活带来了许多负面影响，因此对于地铁盾构施工引起的地表沉降问题进行研究是十分必要的。
一、地铁盾构施工原理地铁盾构是在地下进行的一种隧道开挖方法。
其施工过程简单来说是：先在地下钻孔，然后把盾构机放入钻孔中，盾构机负责挖掘土壤并同时安装隧道构件。
盾构施工的方式可以降低对地表的影响，同时也可以减少对周围房屋和地下管线的影响，因此在城市地下建设中得到了广泛应用。
地铁盾构施工虽然降低了对周围环境的影响，但在实际施工中常常会导致地表沉降问题。
地表沉降是指由于地下开挖或挖掘过程中的土壤变形而导致地表下陷的现象。
地表沉降可能会引发地质灾害，如地裂、地陷、地震等，同时也会对周围建筑物和地下管线造成损害，给市政设施和民众生活带来不便。
地铁盾构施工引起的地表沉降问题主要有以下几个方面的原因：1. 土壤力学特性：地铁盾构施工过程中，由于挖掘土壤和地下水的作用，导致土壤力学特性发生变化，增加了土壤的可压缩性和变形性，从而导致地表沉降。
3. 施工方式和技术：盾构施工中的挖掘深度、稳定性和控制水平等因素，都会对地表沉降产生影响。
4. 地质条件：不同地区的地质条件不同，地铁盾构施工在各种地质条件下可能会引发不同程度的地表沉降问题。
地表沉降问题的研究对于地铁盾构施工技术的改进和城市地下建设规划具有重要意义。
三、地表沉降对城市建设和居民生活的影响地表沉降对城市建设和居民生活带来了许多负面影响，主要表现在以下几个方面：1. 建筑物和地下管线损坏：地表沉降可能导致周围建筑物和地下管线出现裂缝、倾斜、变形等问题，给建筑物结构稳定性和使用安全性带来威胁。
2. 市政设施受损：地表沉降可能会造成道路、桥梁、地下管道、电力设施等市政设施的波动和损坏，给城市基础设施的维护和管理带来额外负担。
盾构施工引起的地面沉降变化的规律研究
盾构施工引起的地面沉降变化的规律研究一、引言随着城市化进程的加速，地下空间的利用越来越广泛。
而盾构作为一种高效、安全、环保的地下工程施工方式，被广泛应用于城市地铁、隧道等建设中。
然而，盾构施工过程中可能会引起地面沉降变化，对周边环境和建筑物造成影响。
因此，研究盾构施工引起的地面沉降变化规律具有重要意义。
二、盾构施工引起的地面沉降变化1. 盾构施工原理及流程盾构是一种在地下开挖并同时支护的隧道掘进方法。
它主要由推进机、刀盘、尾部支撑系统等组成，通过推进机推动刀盘在土层中开挖出一个圆形截面的隧道，并在后方进行支撑。
2. 地面沉降变化原因分析（1）土体松动：盾构开挖时会对周围土体进行挤压和松动，导致土体密实度发生改变。
（2）土体位移：由于推进机和尾部支撑系统的作用，土体会发生位移。
（3）水位变化：盾构施工过程中，地下水位可能发生变化，导致土体的水分含量和饱和度发生改变。
3. 地面沉降变化规律（1）盾构开挖时，沉降量最大的位置在刀盘前方，随着开挖的深入，沉降量逐渐减小。
（2）随着时间的推移，沉降量逐渐趋于稳定，但仍会存在一定程度的沉降。
（3）地面沉降量与盾构直径、土体性质、施工深度等因素有关。
三、影响地面沉降变化的因素1. 盾构直径：一般情况下，盾构直径越大，对周围土体的影响范围越大。
2. 土体性质：不同类型的土层对盾构开挖产生的影响不同。
比如，在软黏土中开挖时，由于黏性较大，容易引起地面沉降。
3. 施工深度：一般来说，施工深度越大，则对周围环境和建筑物造成的影响也越大。
4. 施工速度：过快或过慢都会对地面沉降产生影响，过快容易引起土体松动，过慢则会延长施工时间，增加对周围环境的影响。
四、盾构施工引起的地面沉降变化对周边环境和建筑物的影响1. 周边环境：盾构施工引起的地面沉降变化可能会对周边道路、管道等基础设施造成影响，甚至可能引起地面塌陷等事故。
2. 建筑物：盾构施工引起的地面沉降变化也会对周边建筑物造成一定程度的损害，比如裂缝、倾斜等。
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第42卷 第3期2010年6月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J.Xi′anUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)Vol.42 No.3Jun.2010
盾尾间隙注浆对地表沉降的影响研究韩日美1,3,宋战平2,4,吴焕通4(1.长安大学公路学院,陕西西安710056;2.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;3.西安市地下铁道有限责任公司,陕西西安710018;4.中铁十三局集团有限公司,吉林长春130033)
摘 要:以广州地铁四号线仑大盾构区间为工程背景,通过管片向地层传递的约束反力与地层原始地应力的差值来反映盾尾注浆效果,并采用二维有限元计算模型来模拟盾构盾尾注浆效果对地表沉降的影响,从而实现盾构施工地表沉降的理论预测.数值模拟表明,注浆效果对限制地表沉降作用明显.现场监测同样证实,不同注浆效果将引起不同的地表沉降,且随着注浆效果的提高地表沉降将随之减小.进而验证了数值模拟的合理可行性.关键词:隧道工程;盾构施工;地表沉降;盾尾间隙注浆;数值试验中图分类号:TU443 文献标识码:A 文章编号:1006-7930(2010)03-0353-05
地铁对于缓解城市地面交通压力有着不可替代的作用.我国目前已有40多个大中城市正在建设或筹建地铁.在地铁隧道施工中,盾构法以诸多优势成为城市地铁隧道采用最多的施工方法[1-2].但在浅
埋、松软地层中,盾构施工对土体的扰动经常波及到地表,造成地表沉降.研究表明[3-5],盾构施工引起的
地表沉降的因素很多,但在众多影响因素中,盾构开挖面土体移动和土体挤入盾尾间隙是最主要的两个因素.对于后者,通常采用向盾尾和衬砌之间的空隙及时压注水泥类砂浆来减小所造成的地表沉降,因此,注浆效果与地表变形密切相关.论文以广州地铁四号线仑大盾构区间施工为工程背景,采用数值分析方法研究了盾构施工中盾尾注浆效果对地表变形的影响,研究成果对指导盾构隧道盾尾间隙注浆有积极的现实意义.
1 盾尾注浆对地表沉降影响的分析方法1.1 盾构注浆量的理论计算盾构施工中,刀盘切削所形成的内轮廓断面一般大于衬砌管片外轮廓断面,这种扩大部分以及曲线段和收幅过程的扩挖部分称作超挖,超挖一般通过盾尾处的同步注浆和后续管片的补充注浆来充填.由于充填难以完全填满,造成超挖量往往大于充填量,超挖量与充填量之间的差值即为地层损失.LeeandRowe(1991、1992)[6-7]等人的研究表明,地层损失(包括开挖面在力作用下的三维运动造成的超挖地层损失及施工因素造成的地层损失)是引起地表沉降的主要因素.当盾构在砂性土层或松软土层中推进时,假设盾构作曲线推进,考虑刀盘超挖和盾壳周围的地层损失,则衬砌周围的地层损失参数GAP计算如下:GAP=(1-n%)·(GP+ω1)(1)GP=D-d=(x+δ)(2)式中:GP表示盾构外径和衬砌外径之间的几何净空;δ为盾尾厚度;x为满足盾构纠偏和拼装衬砌所需的盾构建筑孔隙;D为盾构外径;d为衬砌外径;n%为注浆率的影响,ω1是指施工因素产生的地层损失.根据工程实际情况,选择注浆压力以大于静止水压力与土压力之和为宜,且尽量使浆液填充满盾尾
＊收稿日期:2009-09-22 修改稿日期:2010-04-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(50678144);中国博士后科学基金资助项目(20070411123)作者简介:韩日美(1975-),男,陕西蓝田人,高级工程师,博士研究生,主要从事隧道与地下工程的施工与科研工作.
DOI:10.15986/j.1006-7930.2010.03.007空隙但又不造成周边土体的劈裂,同时压浆量按式(1)计算的地层损失参数1.40～1.8倍控制.图1 数值计算模型Fig.1 Numericalcalculus
1.2 注浆效果对地表沉降影响的分析方法在浅埋、松软地层中,围岩强度低,自稳能力差,地层与管片间的空隙将引起地层位移,进而波及到地表形成地表沉降,其大小与施工中的地层损失有直接关系.盾尾同步注浆和后续管片二次补充注浆的压力、注浆量及固结体强度等统称为注浆效果.注浆效果不同,地表沉降及隧道拱顶下沉也不同.这种效应可通过施工中的注浆效果记录和隧道周边位移及地表沉降测量值来描述,难以用解析表达式来反映.但注浆压力通过管片向地层传递的约束反力与地层原始地应力的差值可用来反映注浆效果的优劣.基于以上的考虑,假定注浆效果Q和围岩应力释放率成线性关系,即在注浆效果Q为100%时,应力释放率为0,注浆效果为0时应力释放率为100%.当前模拟隧道施工(包括盾构隧道施工)的三维问题的二维处理均采用“应力释放率”法[8-9].所谓
应力释放率法,就是把与施工开挖时间及支护(管片)设置时间的各自位移相当的应力释放率,按开挖相当外力分阶段作用而进行叠加的方法.理论分析和数值模拟研究表明,隧道围岩的应力释放量P(x)同掘进面距观测断面的距离x之间有下列关系:P(x)=σz[a+(1-a)(1-e-xg)](3)
式中:P(x)为观测断面在距掌子面距离为X时围岩释放的荷载量;a为前期荷载释放系数,即掌子面到达观测断面但尚未通过时的荷载释放率.根据式(3)就可以采用二维平面数值方法分析不同时间隧道衬砌的受力特性,即将注浆效果通过应力释放系数的变化来模拟,分析不同灌浆效果对地表沉降的影响即可通过分析不同应力释放率与地表沉降的变化规律来反映.
2 注浆效果对地表沉降影响的数值试验及工程验证2.1 工程背景广州地铁四号线仑大盾构区间北起仑头村后底岗,先后穿过两座硬岩小山、两条河、两个密集村庄、通过上软下硬的果园地、再过一次站后到达大学城.区间为左右两条单线分离式隧道,线间距12.7～15.7m,设计长度为2729.5m.隧道拱顶覆土7～50m.隧道穿越地层为:震旦系花岗混合岩全、强、中、微风化层和砂粘土混合地层.在工期非常紧张的情况下,如何在盾构掘进中控制好地表沉降,保证隧道上部村庄建筑安全是施工中最大的技术难题.2.2 数值试验模型选取右线仑头村隧道段典型断面进行数值分析,该断面地层由上至下分别为粉质粘土<4-3>、粘性土<5-2>、全风化混合岩<6Z>和强风化混合岩<7Z>.计算地层深度取41.5m,宽度78.0m,隧道内径6280mm,模型如图1所示.模型计算范围内涉及到的盾构管片及其周边土层均采用连续介质模型,盾构穿越土层材料屈服条件采用岩土介质常用的摩尔一库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则,具体地层物理力学参数见表1所示.
表1 地层物理力学参数表Tab.1 PhysicalmechanicsparameterofstratumStratumModulusofelasticity/PaDensity/(N·m-3)Cohesiveforce/PaAngleoffriction/°Poisson'sratio<2-2>15×106180015000250.4
<4-3>16×106182019000200.33
<5-2>43×10619203650020.20.32
<6Z>79×10619603940022.70.32
<7Z>170×106240050000280.31
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第42卷2.3 计算结果及分析数值试验模拟了盾尾注浆效果从0～100%中每递增10%时地表沉降的变化特征,数值计算结果如表2所示.图2给出了注浆效果达60%,即地层应力释放系数为40%时的地层位移云图.由图可见,盾
表2 不同注浆效果时地表沉降值(mm)Tab.2 Surfacesubsidencevalueofdifferentgroutingliquideffect/mmDistance/mGroutingeffect/%
9080706050403020100-39-0.06-0.12-0.17-0.22-0.25-0.28-0.30-0.31-0.29-0.26-37-0.06-0.12-0.18-0.22-0.26-0.29-0.31-0.32-0.31-0.29-35-0.06-0.13-0.19-0.24-0.28-0.32-0.35-0.37-0.37-0.37-33-0.07-0.14-0.21-0.27-0.32-0.37-0.42-0.45-0.48-0.51-31-0.08-0.16-0.24-0.31-0.38-0.45-0.52-0.58-0.64-0.73-29-0.10-0.19-0.28-0.37-0.46-0.56-0.65-0.76-0.87-1.03-27-0.11-0.23-0.34-0.46-0.58-0.70-0.84-1.00-1.19-1.44-25-0.14-0.28-0.42-0.57-0.73-0.90-1.10-1.33-1.61-2.00-23-0.17-0.35-0.52-0.72-0.92-1.16-1.44-1.76-2.18-2.75-21-0.22-0.44-0.66-0.91-1.18-1.51-1.89-2.34-2.94-3.76-19-0.28-0.55-0.84-1.16-1.53-1.96-2.48-3.12-3.95-5.11-17-0.35-0.70-1.07-1.50-1.97-2.56-3.26-4.13-5.28-6.90-15-0.45-0.90-1.37-1.93-2.56-3.33-4.28-5.46-7.03-9.25-13-0.58-1.15-1.75-2.48-3.30-4.32-5.58-7.15-9.26-12.29-11-0.73-1.46-2.21-3.15-4.21-5.53-7.16-9.23-12.02-16.07-9-0.91-1.82-2.77-3.95-5.28-6.96-9.03-11.68-15.29-20.60-8-1.01-2.01-3.06-4.36-5.84-7.71-10.01-12.96-17.00-22.99-7-1.10-2.21-3.36-4.80-6.42-8.48-11.02-14.28-18.77-25.47-6-1.20-2.40-3.66-5.22-6.99-9.24-12.00-15.57-20.50-27.91-5-1.29-2.59-3.94-5.62-7.54-9.96-12.93-16.79-22.14-30.23-4-1.38-2.75-4.19-5.99-8.02-10.60-13.77-17.89-23.62-32.33-3-1.45-2.90-4.41-6.29-8.44-11.15-14.48-18.82-24.87-34.10-2-1.50-3.00-4.57-6.53-8.75-11.56-15.01-19.52-25.81-35.44-1-1.54-3.07-4.67-6.67-8.94-11.81-15.34-19.95-26.40-36.280-1.55-3.09-4.71-6.72-9.01-11.90-15.46-20.10-26.61-36.571-1.54-3.07-4.67-6.67-8.94-11.81-15.34-19.95-26.41-36.302-1.50-3.00-4.57-6.53-8.74-11.55-15.00-19.51-25.83-35.473-1.45-2.90-4.41-6.29-8.43-11.14-14.47-18.81-24.90-34.144-1.38-2.76-4.19-5.99-8.02-10.60-13.76-17.89-23.66-32.395-1.29-2.59-3.94-5.62-7.53-9.95-12.92-16.79-22.19-30.316-1.20-2.40-3.66-5.22-6.99-9.23-11.99-15.57-20.55-28.007-1.10-2.21-3.36-4.79-6.42-8.47-11.00-14.28-18.82-25.568-1.01-2.01-3.06-4.36-5.84-7.70-10.00-12.96-17.06-23.109-0.91-1.82-2.77-3.94-5.27-6.95-9.02-11.68-15.35-20.7011-0.73-1.46-2.21-3.15-4.20-5.53-7.15-9.23-12.08-16.1713-0.58-1.15-1.75-2.47-3.29-4.31-5.56-7.16-9.31-12.3815-0.45-0.90-1.37-1.92-2.55-3.33-4.27-5.47-7.07-9.3217-0.35-0.71-1.07-1.49-1.97-2.55-3.26-4.14-5.31-6.9519-0.28-0.55-0.84-1.16-1.52-1.96-2.48-3.12-3.97-5.1521-0.22-0.44-0.66-0.91-1.18-1.50-1.88-2.35-2.96-3.8023-0.17-0.35-0.52-0.72-0.92-1.16-1.43-1.77-2.19-2.7825-0.14-0.28-0.42-0.57-0.72-0.90-1.10-1.33-1.62-2.0227-0.11-0.23-0.34-0.46-0.58-0.70-0.84-1.00-1.20-1.4629-0.10-0.19-0.28-0.37-0.46-0.56-0.65-0.76-0.88-1.0431-0.08-0.16-0.24-0.31-0.38-0.45-0.51-0.58-0.65-0.7433-0.07-0.14-0.21-0.27-0.32-0.37-0.42-0.46-0.49-0.5235-0.06-0.13-0.19-0.24-0.28-0.32-0.35-0.37-0.38-0.3837-0.06-0.12-0.18-0.22-0.26-0.29-0.31-0.32-0.32-0.3039-0.06-0.12-0.17-0.21-0.25-0.28-0.30-0.31-0.30-0.27