土压平衡盾构施工引起的地表沉降分析.docVIP

土压平衡盾构施工引起的地表沉降分析 ? 摘 ?要:以深圳地铁五号线的盾构施工为工程背景，对洪浪站 － 兴东站区间盾构隧道的施工进行了监控量测，根据实测数据，对土压平衡盾构法隧道施工引起的土体变形特性进行了分析，研究了地表沉降过程及其分布规律，结合理论研究与三维数值计算，将有限元模拟结果与实测数据进行对比，二者吻合程度较好。 关键词:土压平衡盾构; 实测数据; 地表沉降; 有限元模拟 ? 0?引言 ????? 随着经济的发展和城市人口的急剧增加，地面交通越来越不堪重负，于是人们把目光投向绿色环保、方便快捷的城市轨道交通———地铁和轻轨。如今我国的地铁建设在全国各大城市正如火如荼地进行着，可见，在未来的几十年中，地下铁道建设将迎来一个高潮。盾构施工以其快速、安全、对周围环境影响小、适用于富水软土地层等优点，成为地铁隧道建设中一种非常重要的施工方法［1，2］。同其他施工方法一样，由施工引起的地表沉降是盾构法施工的一个重要问题，尽管围绕这一问题目前已做了不少的研究工作，但由于地质条件的复杂多变及施工条件的不同，使得各个研究成果都具一定的局限性。目前，对盾构法隧道施工隧道引起的地表沉降分析及预测的方法主要有: 经验公式法、解析法、理论分析法、模型试验研究、数值分析等［3，4］。本文以深圳地铁五号线的盾构施工为工程背景，分析盾构施工中引起地表的沉降及其形成原因，通过实测数据行了研究，为今后类似工程提供参考。 ? 1?地表沉降分析 1. 1?地表沉降的形成 ????? 横向地表沉降是以 Peck 曲线为代表的沉降槽公式，其沉降槽的形状近似于正态分布曲线如图 1，沉降槽反弯点与中心点的距离以 i 表示，最大沉降量以δmax表示，则存在以下关系式: 反弯点处的最大沉降量≈0. 618δmax，最大曲率半径点的沉降量 ≈0. 22δmax，沉陷槽断面面积 ≈2. 5iδmax。横向沉降曲线在隧道中心最上方达到最大值，依次向两边随着距隧道中心距离的增大而减小，影响范围在5 倍的洞径范围内［3?－5］。 1. 2?地表沉降产生的原因 ????? 盾构施工隧道引起地面沉降的主要原因有: 施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结作用等。地表变形的大小则取决于施工条件、地下水和地层条件、隧道直径、埋深等因素。 ? 2?实测数据分析 2. 1?工程概况 ????? 深圳地铁五号线洪浪站—兴东站区间设计里程范围左线 DK6 + 583. 04 ～ DK7 + 534. 96，全长 951. 92m; 右线 DK6 + 583. 74 ～ DK7 + 277. 99，全长 694. 25m。区间隧道采用复合式土压平衡盾构施工，盾构始发端头井位于兴东车站，采用海瑞克盾构机，从大里程向小里程方向掘进，隧道拱顶埋深 8. 0 ～ 14. 7 m。盾构区间圆形隧道外径 6. 0 m，内径 5. 4 m，管片宽度 1. 5 m，管片厚度300 mm，分块数为6 块 ( 一块封顶块、两块邻接块、三块标准块) ，环间采用错缝拼装，管片混凝土等级为 C50，抗渗等级 S10。 ????? 工程段范围内所在地区为冲洪积平原，地面标高9. 97 ～ 14. 04 m，地形略有起伏。上覆第四系全新统人工堆积层、冲洪积层、花岗岩残积层，下伏燕山期花岗岩。区间隧道洞身处于地下水位以下，主要从砾质粘性土、微风化、中、强、全岩石中通过。由于其埋深位于地下水位以下，地下水压力对隧道施工及衬砌结构有较大影响，隧道穿越地层砾质粘性土含量约占 56 %，隧道区间场地内普遍存在饱和圆砾层和砂层，富水性大，结构松散，透水性强，属较不稳定土体，施工中易发生坍塌、涌砂、涌水等现象。各地层主要物理力学指标见表 1。 2. 2?测点布置 ????? 为了监测盾构施工所产生的地表沉降，沿盾构掘进方向每隔 10 m 布设一个测点，每隔一定距离布设一个横向监测断面，每个横向监测断面在垂向于隧道走向的方向上又布置 6 ～ 7 个监测点，其间距为 5. 0m。每个点位埋设一根长 0. 5 mΦ12 的光圆钢筋，顶部略微隆起。埋设时在地面钻挖一个直径 10 cm 深0. 7 m 的柱状孔，在孔中灌入砂浆插入钢筋，砂浆不能与地面混凝土硬化层粘结，只能与周围土体固结在一起，钢筋头低于混凝土地表面 10 cm，上加小盖保护。测点布置示意见图 2。 ????? 根据隧道不同的地层条件，选择六个 S1～ S6具有代表性的监测断面，其桩号、里程及埋深见表 2。 ???? 2. 3?实测数据分析 ????? 根据盾构施工情况、监测断面距开挖面的距离和沉降速率等来确定监测频率，出现异常情况时，应增大监测频率，一般情况下可选用如下监测频率: 掘进面距监测断面前后小于等于 20 m 时，2 次/天; 掘进面距监测断面