盾構(gòu)隧道開挖引起的地表沉降規(guī)律

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1、盾構(gòu)隧道開挖引起的地表沉降規(guī)律摘　要:地表沉降值是衡量開挖方式是否合適的關(guān)鍵指標(biāo),因此監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)地表沉降有重要的實(shí)際意義。在文中,根據(jù)對(duì)盾構(gòu)法開挖隧道引起的地表沉降監(jiān)測(cè)資料,做出了觀測(cè)斷面中心點(diǎn)的速度直方圖和觀測(cè)斷面中心點(diǎn)位移隨盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的位移變化圖。通過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)測(cè)量斷面前5ｍ～8ｍ后,地表測(cè)點(diǎn)的變形達(dá)到最大隆起值,然后測(cè)點(diǎn)的變形速度為負(fù)值,開始向下運(yùn)動(dòng);在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面大約25ｍ后,測(cè)點(diǎn)位移幾乎不再增加,變形速度也變得很小。關(guān)鍵詞:地表沉降;盾構(gòu)機(jī);測(cè)量斷面由于盾構(gòu)法具有不影響地面交通、對(duì)周圍建(構(gòu))筑物影響

2、較小、適應(yīng)軟弱地質(zhì)條件、施工速度快等優(yōu)點(diǎn),在地鐵工程中得到廣泛應(yīng)用。地下施工不可避免地會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生擾動(dòng),從而引起地面沉降(或隆起),這將使鄰近建筑物受到不同程度的影響,并可能危及地下電纜、水管、煤氣管道等設(shè)施的正常使用。因此,究竟會(huì)發(fā)生多大的沉降或隆起,會(huì)不會(huì)影響相鄰建筑物的安全,是地鐵隧道盾構(gòu)施工中最關(guān)鍵的問(wèn)題。所以,在施工中對(duì)隧道沿線進(jìn)行地表沉陷監(jiān)測(cè)是必不可少。它能使現(xiàn)場(chǎng)施工人員及時(shí)了解由盾構(gòu)推進(jìn)所引起的地面沉陷及附近建筑物或地下管線因此受到的危害程度,以便擬定有效保護(hù)措施,并對(duì)其實(shí)施效果進(jìn)行跟蹤監(jiān)督[1]～[3]。本文

3、以某地鐵盾構(gòu)隧道的地面沉降觀測(cè)為基礎(chǔ),詳細(xì)分析了開挖過(guò)程中和完成后的沉降規(guī)律,這對(duì)評(píng)價(jià)開挖對(duì)地面建筑及地下管線的影響有一定的指導(dǎo)意義。1地表沉降的影響因素及其發(fā)展過(guò)程影響盾構(gòu)隧道地表沉降因素有渣土倉(cāng)壓力、地層性質(zhì)、盾尾注槳開始時(shí)刻、注漿量和注漿壓力、出土量及盾構(gòu)推進(jìn)速度等,而地表沉降是這些因素綜合影響的結(jié)果。地層沉降主要取決于地層類型、盾構(gòu)機(jī)類型及施工狀況。沉降歷時(shí)曲線可分為5個(gè)階段,如圖1所示[4]:(1)先行沉降:指自隧道開挖面距地面觀測(cè)點(diǎn)還有相當(dāng)距離(數(shù)十米)開始,直到開挖面到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)之前所產(chǎn)生的沉降。(2)開挖面前的沉降

4、和隆起:指自開挖面距觀測(cè)點(diǎn)極近(約幾米)時(shí)直至開挖面位于觀測(cè)點(diǎn)正下方之間所產(chǎn)生的沉降或隆起現(xiàn)象。(3)盾尾沉降。指從開挖面到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的正下方之后直到盾構(gòu)機(jī)尾部通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)為止這一期間所產(chǎn)生的沉降,主要是土的擾動(dòng)所致。(4)盾尾空隙沉降。指盾構(gòu)機(jī)的尾部通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)的正下方之后所產(chǎn)生的沉降,是盾尾空隙的土體應(yīng)力釋放所引起的彈塑性變形。(5)后續(xù)沉降。指固結(jié)和蠕變殘余變形沉降,主要是地基擾動(dòng)所致。這些沉降多非同時(shí)發(fā)生,地基條件和施工狀況不同,沉降的類型也有所不同。2地質(zhì)概況該隧道位于新華夏系第二沉降帶的區(qū)域構(gòu)造背脊之上,在勘探深度范圍內(nèi)未

5、見(jiàn)斷層活動(dòng)跡象。其埋深為15ｍ左右;開挖直徑為5.7ｍ。從上往下,土層依次為人工填土層、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土、粉細(xì)砂和中粗砂、圓礫和卵石、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土。3觀測(cè)數(shù)據(jù)分析在隧道沿線地表共連續(xù)布置了17個(gè)斷面,每個(gè)斷面布置了7個(gè)測(cè)點(diǎn)。在測(cè)量斷面上測(cè)點(diǎn)分布形式,如圖2所示。測(cè)量斷面上的中心點(diǎn)位于隧道中心線上。隨著盾構(gòu)機(jī)推進(jìn),測(cè)量各個(gè)測(cè)量斷面上各測(cè)點(diǎn)的高程變化,得到各點(diǎn)的沉降值。3.1觀測(cè)斷面沉降曲線分析根據(jù)觀測(cè)到的每個(gè)斷面上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降值,畫出測(cè)量斷面沉降曲線。通過(guò)做出的各個(gè)斷面的沉降曲線,得出如下規(guī)律:(1)當(dāng)盾構(gòu)機(jī)工作面在測(cè)量斷面

6、前大約3ｍ之前,各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降值基本相等,即發(fā)生整體隆起或下沉,如圖3ａ所示。(2)當(dāng)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面后9～27ｍ之間位移增加值變小,這說(shuō)明從這以后盾構(gòu)的推進(jìn)對(duì)該斷面的影響不大。(3)位移增加最快的點(diǎn)一般位于盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面0～12ｍ。在這段距離內(nèi),產(chǎn)生的沉降值在4～5ｍｍ之間。因此,在該區(qū)間要加強(qiáng)觀測(cè),以防發(fā)生大的沉降。(4)沉降標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線不是在沉降最初階段就出現(xiàn),而是在沉降發(fā)生的圖1所示的第2、3、4階段出現(xiàn),如圖3ｂ所示;而且其出現(xiàn)點(diǎn)也沒(méi)有規(guī)律。這說(shuō)明地層沉降的變化過(guò)程無(wú)法用正態(tài)分布曲線(即Ｐｅｃｋ公式)描述,只

7、能用它來(lái)描述在該點(diǎn)以后的沉降發(fā)展。(5)在有些斷面,沉降標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線的出現(xiàn)點(diǎn)與位移增加變緩點(diǎn)重合,因此沉降標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線的出現(xiàn)也在某種意義上說(shuō)明位移從該時(shí)刻起開始緩慢變化。(6)從位移增加變緩點(diǎn)開始,地表各點(diǎn)的位移仍然增加,直到出現(xiàn)最大沉降值。(7)每個(gè)測(cè)量斷面兩個(gè)邊點(diǎn)的沉降值變化沒(méi)有明顯的規(guī)律。但是,在同一個(gè)斷面的兩個(gè)邊點(diǎn)的沉降規(guī)律基本相同。在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中,有時(shí)由于其它因素的影響地表位移還會(huì)發(fā)生反彈。3.2觀測(cè)斷面中心點(diǎn)的沉降速度分析沉降速度柱狀圖中的速度是指盾構(gòu)機(jī)每推進(jìn)1ｍ,在測(cè)量斷面中心點(diǎn)產(chǎn)生的沉降值。因?yàn)?在開挖中,影

8、響測(cè)點(diǎn)沉降值的關(guān)鍵因素不是時(shí)間,而是盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn),雖然土也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生固結(jié)和蠕變變形,但是,所監(jiān)測(cè)到的仍是土的瞬時(shí)變形。另外,圖中負(fù)距離表示盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)通過(guò)測(cè)量斷面,下同。從做出的觀測(cè)斷面中心點(diǎn)的沉降速度直方圖,可見(jiàn):(1)沉降速度一般為-0.5～1ｍｍ/ｍ之間,