建筑行業(yè)城市地鐵隧道工作面開挖的地層應(yīng)力分布規(guī)律

1、精品范文模板 可修改刪除撰寫人：_日 期：_目錄過錯！未尋到目錄項。都會地鐵地道任務(wù)面開挖的地層應(yīng)力散布法則  摘  要：基于深圳地鐵實測材料，零碎地剖析了地道：任務(wù)面開挖的地層應(yīng)力散布特點，提示了都會地鐵地道上：作面圍巖應(yīng)力重散布的法則，提出了淺埋地道圍巖應(yīng)力的分區(qū)不雅點。  要害詞：地道工程：都會地鐵地道；地層應(yīng)力；散布特點  1  弁言  采納淺埋暗挖法開挖都會地鐵地道，其應(yīng)力臨測絕對其變形不雅察較少，尤其是用來完好剖析地層應(yīng)力散布的量測材料特別匱乏。因此，都會地鐵地道

2、任務(wù)面開挖的地層應(yīng)力散布法則的零碎研討，對地鐵地道的構(gòu)造計劃、施工等存在主要意思。  本文應(yīng)用深圳地鐵地道現(xiàn)場測試材料，擬對都會地鐵地道開挖的地層應(yīng)力散布法則進展研討。  2  測試斷面的工程概略  針對深圳地鐵淺埋暗挖法部分標段，如雙洞雙線地道的5，6跟13標及單洞堆疊線地道的3A跟3C標，地表沉落絕對較年夜。本文拔取6跟3A標作為重點不雅察研討工具，其余標段由施工方共同不雅察。2.16標段測試斷面概略測試斷面里程為左SK5+070。雙線地道核心線距為13m。地道埋深為9.8m，上覆地層順次為素填土、中砂、粘土跟

3、砂質(zhì)粘性土。此中富水砂層厚度為4.0m，絕對隔水層厚度為2.2m。地下水埋深為2.5m，斷面為馬蹄形(6.5mx6.6m(寬×高)。初期支護為22mm格柵鋼架+6mm鋼筋網(wǎng)(150mm150mm)+250mm厚C20放射混凝土；超前支護為32mm3.25mm短注漿雙排小導(dǎo)管，其安排安排在拱部150°范疇。施工采納臺階法，臺階(核心腸皮)長度為8m。  2.23A標段測試斷面概略  測試斷面里程為SKi+487.5。地道埋深為13m，上覆地層順次為素填土、軟土、中砂、礫砂跟粉質(zhì)粘土。此中富水砂礫層厚度為5m，絕對隔水層厚度為26m。地下

4、水埋深為15m。斷面為直墻拱形(6.8m×l3m(寬×高)。初期支護為25mm格柵鋼架+8mm鋼筋網(wǎng)(150mnl150mm)+300mm厚C20放射混凝土。超前支擴采納注漿小管棚76mm5mm加注漿小導(dǎo)管42mm4mm，其安排范疇為拱部。施工采納4步臺階法，3個臺階均設(shè)臨時橫撐。  3  現(xiàn)場測試內(nèi)容與測點安排  圍巖應(yīng)力測試包含：(1)超前小導(dǎo)管應(yīng)變測試；(2)圍巖與初期支護打仗應(yīng)力測試；(3)孔隙水壓力測試；(4)初期支護構(gòu)造內(nèi)力測試；(5)拱足打仗應(yīng)力測試。  超前小導(dǎo)管應(yīng)變測試采納膠基

5、箔式3mmX5mm應(yīng)變片；打仗應(yīng)力采納1.0MPa土壓力盒：孔隙水壓力采納0.2MPa鋼弦式壓力計；構(gòu)造內(nèi)力采納鋼弦式鋼筋計。  超前小導(dǎo)管應(yīng)變測點安排是取32mm×2.5m的小導(dǎo)管，上、下對稱布點各5個，裝置在拱頂跟拱腰處(設(shè)置3根彌補管)。6標段應(yīng)力測點安排見圖1。3A標段應(yīng)力測點安排根本同6標，但因是堆疊地道，故測點數(shù)量有所添加。圖1  6標段應(yīng)力測點安排  4  任務(wù)面開挖的圍巖應(yīng)力變更  4.1圍巖徑向打仗應(yīng)力散布法則  6標段各測點圍巖徑向應(yīng)力歷時變更趨

6、向見圖2。圖2  6標各測點圍巖徑向應(yīng)力歷時變更趨向  圖2中橫坐標不雅察時間的正號表示已封鎖成環(huán)，負號表示未封鎖，以下同。  由所測的圍巖徑向應(yīng)力并結(jié)合3A，3C(與3A緊鄰，工程前提一樣)等標段的實測材料可得，其應(yīng)力散布法則如下：(1)拱腰跟仰拱處的圍巖徑向應(yīng)力較年夜：而拱頂與仰拱底處的圍巖徑向應(yīng)力均較小，比較擬而言，最小值發(fā)生在兩側(cè)墻，其巨細排序為P抑拱>P拱部P>邊墻；(2)對雙線地道，由于右線開挖阻礙，在仰拱部位，總的表示特點是仰拱右側(cè)處的徑向應(yīng)力年夜于其左側(cè)；(3)3A標段斷面的徑向應(yīng)力較6標為年夜，緣故為3A

7、標設(shè)臨時仰拱且斷面下部分處于風(fēng)化巖上，圍巖變形絕對較小，故由“地層-支護特點曲線可知，其必定招致徑向應(yīng)力年夜；(4)在構(gòu)造未封鎖成環(huán)之前，拱部變形過年夜，實測應(yīng)力值較小，隨時間延伸，初期支護構(gòu)造剛度及強度進步，其支護抗力逐步增年夜，反響為圍巖施加于支護的徑向應(yīng)力也隨之變年夜，這契合“地層-支護特點曲線的道理；(5)拱部壓力在上臺階開挖至斷面里程時，開挖邊墻前后的壓力值發(fā)生了較年夜的改動。現(xiàn)在，拱頂壓力增年夜，而兩拱腰卻稍有下落。隨下半斷面支護構(gòu)造的施作，全體剛度進步，拱部壓力存在一個“平臺(壓力巨細穩(wěn)定)或“卸荷(壓力略有下落)景象，隨全部支護構(gòu)造的應(yīng)力調(diào)劑跟再調(diào)配，拱部壓力又從新進入一個緩慢

8、增加直至波動的進程；(6)邊墻與仰拱處的壓力變更趨向根本一樣，差異的是斷面封鎖成環(huán)后，跟著構(gòu)造的逐步波動，應(yīng)力的調(diào)劑跟再調(diào)配，仰拱的壓力值增加速度絕對較年夜，從而使仰拱部位接受了較年夜的圍巖壓力。  4.2孔隙水壓力散布特點  孔隙水壓力的歷時曲線見圖3。由圖3以及在3A，3C標等的量測材料可知，孔隙水壓力的散布特點為：(1)初期支護未封鎖成環(huán)前，孔隙水壓力隨任務(wù)面推進有落低的趨向，說明任務(wù)面處的孔隙水壓力為最小值，而跟著斷面的封鎖，孔隙水壓力逐步添加，至必定值后漸趨波動；(2)拱頂部位孔隙水壓力為負值，說明該處土體處于松馳形態(tài)，為剪性張拉區(qū)；(3)仰拱

9、處的孔隙水壓力為最年夜，其次為上臺階的右下側(cè)跟左下側(cè)：(4)孔隙水壓力散布與圍巖徑向應(yīng)力散布特點根原形似。圖3  孔隙水壓力的歷時曲線  4.3初期支護格柵鋼架構(gòu)造內(nèi)力  由所測的格柵鋼架主筋的截面軸力跟彎矩的變更趨向通過構(gòu)造簡化而盤算，見圖4跟5。  由圖4，5可知，(1)在不雅察斷面裝置后7d(開挖任務(wù)面距測試斷面1.39D)，初期支護的上半斷面軸力，在封鎖后標記變異。封鎖成環(huán)后，上、下斷面的截面軸力有添加的趨向，而后呈波動態(tài)勢且拱部略有下落。(2)上半斷面構(gòu)造的軸力在剛裝置時為壓力，厥后變?yōu)槔?。拱部軸力在封

10、鎖成環(huán)后，變?yōu)閴毫Γ瑑晒把灿墒芾優(yōu)槭軌?；下半斷面閣下雙方墻以及仰拱兩側(cè)軸力均為壓力，而在仰拱底處由開始的拉拉逐步趨變?yōu)閴毫π螒B(tài)。上述特點與計劃的全部構(gòu)造斷面皆受壓不相分歧。(3)構(gòu)造所受彎矩的散布形態(tài)為：在封鎖成環(huán)后，除仰拱部以及側(cè)墻為內(nèi)側(cè)受拉外，其余實測的后果均與計劃值差異。(4)比較擬而言，上半斷面接受了較年夜的軸力跟彎矩，說明上半斷面的支護構(gòu)造為要緊接受部位。圖4  初次支擴構(gòu)造截面軸力變更趨向圖5  初次支護構(gòu)造截面彎矩變更趨向  4.4超前支護體應(yīng)力  對超前小導(dǎo)管的應(yīng)力剖析采納拉(壓)彎組合，以拱腰

11、小導(dǎo)管為例，其拉(壓)應(yīng)變及曲折應(yīng)變在差異開挖長度時，實測應(yīng)變沿小導(dǎo)管長度的變更趨向見圖6，7。圖6  小導(dǎo)管的拉、壓應(yīng)變的變更趨向圖7  小導(dǎo)管的曲折應(yīng)變的變更趨向  由圖6，7及其余小導(dǎo)管的應(yīng)變測試材料可得，超前支護小導(dǎo)管的應(yīng)變變更特點為：(1)隨任務(wù)面。開挖，超前支護體上沿全長皆有應(yīng)力散布，小導(dǎo)管的任務(wù)形態(tài)是拉彎組合，即小導(dǎo)管在圍巖荷載的感化下，發(fā)生曲折的同時也伴隨有拉伸。(2)隨任務(wù)面推進，拉應(yīng)力添加，其應(yīng)變增量有向下一測點遞增的趨向。(3)當任務(wù)面推進長度年夜于小導(dǎo)管長度時，尤其是上上臺階封鎖成環(huán)后，小導(dǎo)管全體轉(zhuǎn)化為受壓，說

12、明其超前感化消滅。(4)由曲折應(yīng)變知，其接受地層上覆荷載的才能隨小導(dǎo)管在土中剩余長度的減小而減小。因此計劃時應(yīng)當思索，必需保障小導(dǎo)管在土中有必定的剩余長度。  4.5拱足與土體的打仗應(yīng)力  對淺埋暗挖法，地道拱足處土體的承載力將直截了當阻礙地道拱頂下沉。為追求減緩拱頂下沉的拱足處置方法，分不在左、右兩拱足安設(shè)了土壓力盒。實測說明，拱足處的打仗應(yīng)力遠超越土體的根本承載力(實測值最年夜為814.2kPa，而土體的根本承載力僅為260kPa)，倘不采納方法，必使拱頂下沉急劇增年夜，或許悲不雅等候初期支護封鎖成環(huán)后，才能使拱頂下沉變緩。  5

13、  淺埋地道應(yīng)力重散布的分區(qū)看法  實測的圍巖徑向應(yīng)力與上覆土柱荷載的比值隨地道開挖而出現(xiàn)的散布法則如圖8的實線部分。而對任務(wù)面后方應(yīng)力的散布形態(tài)，可應(yīng)用超前支護的應(yīng)力氣測材料作揣摸。由本次超前小導(dǎo)管的現(xiàn)場量測材料可知，圍巖壓力發(fā)生的最年夜應(yīng)變點(應(yīng)力會合峰值)距任務(wù)面的間隔約為1.2m。文11)對超前支護體的數(shù)值模擬也說明：有預(yù)加固時，地道任務(wù)面后方約25m處，其圍巖徑向力就即是原始地應(yīng)力。假設(shè)不預(yù)加固，那么此間隔可遠至工：作面后方15m。據(jù)此可繪出隨任務(wù)面開挖，其前后應(yīng)力的散布法則如圖8(此中任務(wù)面后方應(yīng)力散布(無測點線)為揣摸后果。L為推進長度，D

14、為地道寬度)。針對深圳地鐵一期工程應(yīng)用ANSYS無限元軟件剖析的地道任務(wù)面后方圍巖應(yīng)力的散布特點見圖9。由圖9可知，其與上述實測跟剖析的法則分歧。  上述地道任務(wù)面圍巖應(yīng)力重散布的法則也已被模子試驗所驗證。文11)基于試驗室試驗，應(yīng)用傳感器所測的隨任務(wù)面挪動，拱頂上部圍巖壓力的散布法則是：地道推進時，在上覆地層中發(fā)生了“壓力波形。在任務(wù)面后方49m處，圍巖中的應(yīng)力與原始應(yīng)力比較擬，逐步添加718。圖8  圍巖壓力與土柱荷載比值隨開挖的散布法則圖9  任務(wù)面后方圍巖應(yīng)力散布特點  在任務(wù)眼前24m處到達最年夜值，而后在任務(wù)面后方0.52.5m間隔處落低到原始應(yīng)力，并在已裝置的襯砌處落到原始應(yīng)力的4050。在任務(wù)面處為原始應(yīng)力的7095。任務(wù)面通過一段間隔后，圍巖壓力逐步添加而瀕臨原始應(yīng)力。  基于實測以及上述剖析，可提出淺埋都會地鐵地道任務(wù)面，沿地道推進偏向，其圍巖應(yīng)力散布可分3個地區(qū)，如圖10。圖10中，I為原始地應(yīng)力區(qū)，為增壓區(qū)，為應(yīng)力落低區(qū)(減壓區(qū)或卸荷區(qū))。1為應(yīng)力阻礙界限限，2為應(yīng)力峰值線，3為卸荷界限限。  6  結(jié) &