城市地铁隧道施工引起的地面沉降与预控.docVIP

精品论文 参考文献 城市地铁隧道施工引起的地面沉降与预控 青岛地铁集团工程建设分公司 山东青岛 266000 摘要：城市地铁隧道施工过程中不可避免地会产生地层的损失、局部降低地下水位和对地层的扰动，这就必然产生不同程度的地面沉降，从而对地铁施工及周边环境的安全产生不利的影响。因此在城市地铁隧道施工中要采取措施对地面沉降进行预控。本文分析了城市地铁隧道施工引起的地面沉降的机理与原因，并探讨了预控措施。 关键词：地铁隧道；地面沉降；预控 一、地铁隧道施工引起的地面沉降机理 盾构隧道施工产生地面沉降的机理主要源于开挖面的应力释放、附加应力等引起地层产生的弹塑性变形。隧道施工所引起的地面沉降，主要包括开挖卸载时开挖面周围土体向隧道内涌入所引起的地面沉降，支护结构背后的空隙闭合所引起的地面沉降，管片衬砌??构本身变形所引起的地面沉降以及隧道结构因整体下沉所引起的地面沉降，可称为开挖地面沉降。盾构法隧道在施工期的地面沉降可认为主要由开挖沉降、固结沉降和次固结沉降组成，而次固结沉降更多情况下需要在隧道运营期间考虑。盾构施工引起的地层损失和隧道周围受扰动或剪切破坏引起的土体再固结，是造成盾构法隧道工程性地面沉降的根本原因。 二、地铁隧道施工引起的地面沉降的原因 （一）城市地铁施工过程中遭遇软弱围岩、富水砂层等不良地质情况，应对处理不及时不到位，拱顶塌方等引起的地表沉降。 （1）开挖掌子面软弱围岩一般在Ⅴ级、Ⅵ级时，采用工法不合理，支护不及时，初期支护不能尽快封闭成环，导致掌子面塌方、掉块，甚至冒顶。（2）隧道开挖遭遇富水砂层未提前采用加固处理措施。 （二）受扰动土的固结 来自开挖面的涌水或衬砌产生漏水时，地下水位下降而使地基下沉，这一现象是由于地基的有效应力增加而引起固结沉降造成的。 （三）盾构施工中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，是地面沉降的基本原因。地层损失地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差 周围土体在弥补地层损失中发生地层移动，引起地面沉降。引起地层损失的施工及其他因素是：（1）开挖面土体移动。当盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向力，开挖土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降；当盾构推进时，如作用在正面的土体的推力大于原始侧向力，则正向土体向上、向前移动，引起地层损失（欠挖）而导致盾构前上方土体隆起。（2）盾构后退。在盾构暂停推进中，由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。（3）土体挤入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不恰当，使盾尾后周边土体失去原始三维平衡状态，而向盾尾空隙中移动，引起地层损失。（4）改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中，实际开挖面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损失。（5）盾构移动对地层的摩擦和剪切。（6）在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起少量的地层损失。 三、城市地铁隧道施工引起的地面沉降的预控 （一）开挖面稳定性控制 城市地铁开挖遭遇软弱围岩时，必须遵循“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”方针，尤其是Ⅴ级、Ⅵ级围岩，必须依照设计进行双侧壁导坑法、CRD、CD工法施工，严格控制每循环进尺，严格进行开挖一个循环、支护一个循环，坚决杜绝盲目冒进。 采用土压平衡模式掘进时，开挖面土体应当呈流塑状态以控制开挖面，并采用输送机和调整附属装置维持存土与切削量平衡，使得碴仓土体保持一定的压力，以抵抗开挖面的土压和水压。通过螺旋输送机和碴仓内的土体获得止水效果，并配合同步注浆系统和必要的二次注浆操作，保证盾构开挖面的稳定，能有效地防止地下水的涌出，控制地表沉降。 采用土压平衡掘进模式时，碴土应具有良好的流塑状态、良好的稠度、低内摩擦角和低渗透性，如果这些要求满足不了时，需要对混合仓、开挖面和螺旋输送机内注入外加剂对碴土进行软塑化处理，使开挖土具有较好的流动性和止水性。对于易流动、渗透系数小、内摩擦角小的粘性土地层，通过刀盘切下和螺旋输送机的搅拌后土体一般具有良好的塑流性，对于砂性土，其粘着力小，不易流动，切下来的土流动性差，充满碴仓和螺旋输送机内的砂性土使刀盘、输送机的扭矩和千斤顶推力大大增大，影响掘进机的掘进效果。此外，砂性土止水性差，当掘进前方水压较高时，很容易出现涌水现象，这时需要往碴仓和开挖面内注入添加剂，使开挖土具有良好的流动性和止水性，平衡开挖面的土压和水压，维持开挖面的稳定性。在实际施工中采用的外加剂是膨润土和泡沫，膨润土以悬乳液的形