地表沉降理論分析

1、作者:日期:第1章引言1.1論文研究背景當今網(wǎng)絡信息時代，科技飛速發(fā)展，全球信息化把人與人之間的距離拉的越 來越近。196 7年加拿大傳播學家M.麥克盧漢在他的書中提出了“世界村”的概 念。在20世紀以后飛速發(fā)展的今天，世界村的預言得以證實。人們追求“更高， 更快,更強”的生活模式，但是交通擁堵問題在當今社會發(fā)展中的進程中， 無疑是 拖了 “世界村”的后腿。本文主要研究有限元巖土分析軟件MI DAS GTS對于深圳地鐵9號線文錦站路段的盾構(gòu)機下穿建筑物樁基的數(shù)值模擬。1.1. 1論文研究背景當今社會,世界人口急速膨脹，城市人口不斷聚集，大量的人員流通及物資輸 送,給交通帶來了極大的壓力。主要表

2、現(xiàn)為：(1 )機動車數(shù)量的急速增長人民生活水平日益增長的今天，買輛私家車已經(jīng)成為城市人必不可少的生活 規(guī)劃。據(jù)調(diào)查顯示，2 012年上半年的全國機動車和駕駛?cè)丝焖僭鲩L。 截至到201 2年6月底，我國全國機動車的總保有量達到 2.3 3億，其中包括汽車保有量 1.14億，摩托車保有量1. 0 3億。告訴發(fā)展的經(jīng)濟水平同時也在無形中大大地 增加了交通運輸壓力。(2 )原有的城市路網(wǎng)規(guī)劃不能滿足當今的人流量我國現(xiàn)有的城市路網(wǎng)不能迎合現(xiàn)有的城市發(fā)展水平。 我國城市路網(wǎng)存在著規(guī) 劃不合理，管理不完善等問題?，F(xiàn)有城市路網(wǎng)存在密度低，干道間距太大，支路不 充分，瓶頸路,斷頭路，畸形路等需要整改的路線過多，

3、交通微循環(huán)不流暢，平均 出行效率低，平均出行時間過長，難以適應現(xiàn)代汽車交通的需要。(3)公共交通的萎縮我國公共交通存在以下幾個主要問題：公交車運行效率低作為公共交通最常 見的出行方式，公交車的效率問題一直是廣大市民對于公共交通不滿意的問題之 一。公交車的運行速度低，安全系數(shù)相對較低，舒適度也相對較低。在某些情況 下，公交車的速度比自行車還要低。而且公交車體形龐大，常常會成為造成路面交 通堵塞的罪魁禍首。公交車時間管理不完善。因為路況,車輛情況，突發(fā)事件等影響因素，公交車的運行時間不能夠嚴格按照規(guī)定的時間進行， 這勢必會對市民的出行時間規(guī)劃造 成不便，極大的制約了公共交通的發(fā)展。公交車的路線規(guī)劃

4、不完善。我國城市發(fā)展迅速，公交車路線的規(guī)劃處于逐步 發(fā)展階段,沒有一個全面長遠的規(guī)劃路徑，給市民們出行換乘帶來不便。此外，大規(guī)模的路上交通還給空氣質(zhì)量帶來極大的污染，讓人民的生活水平極大程度的下滑，各種環(huán)境污染問題大規(guī)模涌現(xiàn)，給市民的健康帶來極大的危害。針對以上幾個問題，國家開始大力開發(fā)地下空間，以緩解日益膨脹的人口壓 力帶來的諸多交通問題，其中以軌道交通的興起發(fā)展最為旺盛。目前已有超過 18座城市在建設和規(guī)劃籌建不同形式的軌道交通。近年來城市交通的不斷發(fā)展， 省會城市交通群逐漸呈現(xiàn)交通一體化建設的形勢。將交通規(guī)劃與城市建設相結(jié)合 以交通發(fā)展不斷加速經(jīng)濟建設。城市軌道交通以一匹黑馬的姿態(tài)逐漸占

5、領交通規(guī) 劃市場。在國家標準城市公共交通常用名詞術語 中,令城市軌道交通的定義為“通 常以電能為動力，采取輪軌運轉(zhuǎn)方式的快速大運量公共交通的總稱”。城市軌道交通是一鐘具有速度快，運量大,安全準點，節(jié)約能源和用地等特點的交通方式。 優(yōu)先發(fā)展以城市軌道交通為骨干的公共交通系統(tǒng)才是解決日益繁重的交通壓力 的根本出路，也是最佳方案。深圳地鐵是廣東省深圳市的城市軌道交通系統(tǒng) ，深圳是中國大陸地區(qū)第五個 擁有地鐵系統(tǒng)的城市，僅次于北京，上海，廣州，天津。深圳市作為我國的改革 開放的窗口，國民經(jīng)濟實力的不斷增強，已經(jīng)躍入國內(nèi)大中城市前列，特區(qū)城市 化進程不斷往前加速推進，越來越多的人選擇在深圳特區(qū)筑夢逐夢。

6、 隨著深圳市 的經(jīng)濟不斷發(fā)展，流動人口不斷增加，深圳市的交通需求量不斷快速增加，針對 這一迅猛的發(fā)展趨勢，深圳市政府為從根源上解決城市擁堵問題 ，確定了大力發(fā) 展城市軌道交通的公共交通系統(tǒng)，深圳地鐵由此背景立項，一期工程動工，并于 20 0 4年建成開通。200 7年深圳地鐵九號線被確定為2011年-2 0 2 0年的軌道建設方案，不過, 由于深圳為通過加大交通基礎設施等方面的投資拉動內(nèi)需 ，這些地鐵建設實施被 提前。2010年作為深圳軌道交通三期重點工程的深圳地鐵 9號線，開工建設，力 爭在2 0 15年年底完工通車。深圳地鐵9號線是實現(xiàn)深圳市“南北通貫，東拓西聯(lián)”以及“中心強化，兩 翼伸展

7、”的空間發(fā)展策略，并規(guī)劃形成“三軸兩帶多中心”的城市空間結(jié)構(gòu)布局， 從而緩解交通擁堵，實現(xiàn)建設成為公共交通城市以及綜合交通發(fā)展戰(zhàn)略的鐵路骨 干，是深圳市作為其主要中心城區(qū)內(nèi)的居住聯(lián)系就業(yè)片區(qū)之間的重點局域線，也 是深圳市軌道交通長期規(guī)劃中的三期工程重點工程。1.1 .2課題研究現(xiàn)狀(1) 盾構(gòu)施工對上部建筑物樁基影響的研究現(xiàn)狀隨著地鐵項目建設的不斷發(fā)展，盾構(gòu)法地鐵隧道施工在我國的發(fā)展已相對完 善,盾構(gòu)機下穿建筑物的工程研究在建筑史上也不斷刷新，因為其對于施工影響 的控制直接關系著周圍建筑物以及地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全，因此國內(nèi)外學者對這個 問題也愈發(fā)的重視。李永盛和黃海鷹的研究中結(jié)合了上海地鐵1號線

8、的實測結(jié)果并從中進行分 析,通過預測由于盾構(gòu)施工中盾構(gòu)機的掘進所導致的樁體結(jié)構(gòu)發(fā)生未知變形的全 過程,從而去頂了樁體與盾構(gòu)機之間的最小容許距離值。Logan at han N&P oul os H G等人也依據(jù)一系列實驗,研究得出了隧道 施工所造成的對于地層移動還有對于鄰近樁基的影響。Mrouc h H和Shahrou r等人通過大量研究隧道開挖過程中，其林錦樁基內(nèi)部可能會產(chǎn)生的較大的內(nèi)力， 其中，內(nèi)力的分布除了需要取決于隧道與樁基的底部之間的相對位置外，還會取決于其隧道中心線和樁基之間的水平距離；在群樁建筑物中，會產(chǎn)生一些積極 的影響的群眾效應，在一定程度上，同時也使同一承臺下另一側(cè)

9、樁基的內(nèi)力極大 地減小了。通過運用一系列三維數(shù)值模擬技術，張志強、何川等人通過探討得出了盾構(gòu) 機施工下穿建筑物樁基的過程中，其盾構(gòu)隧道的應變特征以及自身應力。李寧、 王柱等探討了一些因隧道開挖而引起不同位置樁基及周圍土體的變形規(guī)律，并在此基礎上研究了隧道開挖對于周圍土體的位移還有樁基變形的影響因素，并研究了其特性。李強和王明年通過運用有限差分法，論證得到了在暗挖隧道施工的過程中， 在其鄰近的既有樁基位移變化規(guī)律以及受力特征，并依據(jù)其分析提出了相應的預加固技術措施以及相關的施工關鍵技術。 項彥勇和何海建則通過分析某車站施工 對車站臨近道路橋梁的樁基影響方式及其影響水平 ，較為全面的為其設計施工提

10、 供了實踐依據(jù)。黃茂松以及張紅博等人依據(jù)彈塑性本構(gòu)模型，通過軟件建立三維的有限元模型，模擬復雜的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)形式，同時模擬其動態(tài)施工過程，分析了樁基以及隧道之間的相互影響，對于樁基的位移以及內(nèi)力的變化規(guī)律做了較為 深入的探討并得出了相應的結(jié)論 。張海波、高俊合、劉國楠等人通過采用三維的非線性有限元方法，對于深圳地鐵因盾構(gòu)掘進施工進程所引起的橋臺樁基礎發(fā)生的附加應力以及其位移的變 形過程進行了仿真模擬計算，他們在論文中提出了關于在盾構(gòu)近接建筑物樁基的 過程中的所要關注的施工注意事項以及對樁周土體做出相應的加固措施。1. 2論文工程運用實例概況121深圳地鐵9號線文錦站工程概況文錦站地鐵深基坑采用

11、明挖法施工，總長5 00. 7 m?；娱_挖與支護實際的具體參數(shù)詳見表1. 1所示。圍護結(jié)構(gòu)的地質(zhì)情況剖面圖如附圖 1所示。表1. 1 基坑開挖與支護參數(shù)表m 3 £ 9 為 度 寬 挖 開 >76 8O 為 度 寬 挖 開 >m7891吉 纟 吉 纟量量支撐 層數(shù)支撐 類型水平間距(m)間m 向 豎距深m)面5M度段 線 直筋凝 鋼混土的OO9XO栓O308 C9.2支鋼撐m m 6-AL635745£8三支鋼撐m m 6-AL9 o6 $317段 線 曲一支鋼撐m m 6 口9603.641351井構(gòu) 盾處角»0 拐斜(1)工程地質(zhì)條件1) 場地條

12、件本車站所處的地貌特征其原始的地貌為河谷沖洪積性平原，后期經(jīng)過人工回填，其場地的地勢平坦,場站標高為5. 4 347.369 m。下伏基巖主要為侏羅紀系 變質(zhì)性砂巖，上部發(fā)育為沖洪積層，分別是由卵石層，圓礫層，中粗、粉細砂層， 粘性土層，淤泥質(zhì)土層以及淤泥構(gòu)成。地面上部由建筑物以及道路覆蓋， 其原始 地貌變得極其模糊甚至不復存在。2) 巖土分層及特征車站所在的位置地層，自下而上依次為：中風化、強風化、全風化變質(zhì)巖層， 硬質(zhì)塑狀殘積性砂質(zhì)粘性土，卵石，中粗砂,淤泥質(zhì)粘土，粉細砂，粘性土，雜填 土，素填土等。其詳細地質(zhì)情況如下表1. 2所示。表1.2 巖土分層情況表層號巖土名稱顏色狀態(tài)層厚平均厚度

13、巖土特征<11 >素填土紅褐、黃褐色稍濕，松 散2 .00 8. 4 0m3.68由粘性土回填形成，局 部地區(qū)回填有中砂、少 量碎石<3-3>粉細砂層紅褐色夾灰褐色濕，稍密2.703.40m3.07由粘性土及碎塊石回填形成，局部含少量建筑垃圾<31>淤泥質(zhì)粘土深灰、灰黑色濕，流塑 狀，局部 可塑狀0.704.6 0m2. 41含較多有機質(zhì)，自上而 下不均勻含粉細砂薄 層，具腥味<32 >粘性土黃褐、紅褐色稍濕，可 塑，局部 軟塑0.505 . 2 0m2.51干強度中等，韌性中 等，無搖振反應<33 >粉細砂黃褐色松散狀 態(tài)，局部 稍

14、密1.1 07.1 0 m3 .07含有較多粘粒及少量 有機質(zhì)，分選性較差， 飽和<3-4>中粗砂黃褐、淺黃色稍密狀 態(tài)，局部 松散0.905 .30m2.48含有較多粘性土或夾 薄層粘性土，分選性一 般，飽和<35 >圓礫灰褐色、 灰白色、 灰黃色中密1.50 5.20 m2.6含少量粘粒，級配不良,飽和<36 >卵石淺灰色、 灰白色中密狀 態(tài)，局部 為松散9 .6 7分選性較好，局部含膠 結(jié)狀粘土V 62>殘積硬 塑狀粘 性十紅褐色、 黃褐色、 灰黃色硬塑0.7010.30m3.25切面粗糙，粘性一般， 干強度中等，韌性中 等，無搖振反應，遇水 易

15、軟化<8-1>變質(zhì)砂巖全風化帶褐黃色、 灰黃色質(zhì)量等 級為V 級0.6 0 5 .10m2. 88巖石風化劇烈，組織結(jié) 構(gòu)已基本破壞，極破碎,遇水易崩解<82 >變質(zhì)砂巖強風化帶褐黃色質(zhì)量等 級為V 級1.2 020.00m7.17巖石風化劇烈，組織結(jié) 構(gòu)已部分破壞，裂隙極 發(fā)育<8-3>變質(zhì)砂巖中等風化帶褐黃色、 灰黃、青 灰色質(zhì)量等 級為V 級0 .606.06m1.9 6塊狀構(gòu)造，巖石風化裂 隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)部分破壞V 84 >變質(zhì)砂巖微風化帶青灰色、 綠灰、灰 白色質(zhì)量等 級為W 級1 . 0015.30m5.15塊狀構(gòu)造，有少量風化 裂隙，結(jié)構(gòu)基

16、本未變文錦站所在位置的地質(zhì)剖面示意如圖1.1所示。從圖中可以清晰的看出：地下連續(xù)墻的位置嵌入在其基坑底部向下 4. 5 m范圍左 右的地層,其組成成分主要是強風化變質(zhì)砂巖，主要地層性質(zhì)不佳。車站兩層的主 體結(jié)構(gòu)貫穿粉細砂（圖中橘黃色），其平均層厚是厚度為 3.1 8 m的中粗砂層（圖 中青綠色）,淤泥質(zhì)粘土（圖中棕黑色），其平均層厚是厚度為3.23m的卵石層（圖中紫紅色）,以及其平均層厚是厚度為3 .6 m的粉質(zhì)粘土（圖中深藍色）等底 層分布對于車站施工的影響較大，施工時必須采取相應的處理措施，以確保施工 的質(zhì)量以及安全。£41 fit幅*聘注:圖中三條白線分別為車站頂板，中板和底板

17、線，最下面的淺黃色線為地下連續(xù) 墻的最大嵌入深度線。圖1.1 文錦站所處位置地質(zhì)剖面示意圖（2）水文地質(zhì)條件本車站所處地貌屬于海積-沖洪積平原、丘陵及臺地。其地下水來源主要可 以分為兩種基本類型，即基巖（構(gòu)造）裂隙水以及松散巖類孔隙水。（3）周邊建（構(gòu)）筑物情況依據(jù)已收集的相關的調(diào)查勘測資料，了解到文錦站車站周邊的建筑物詳細情況 其風險評估的等級為二級，施工過程中需要采取排、降水，加強場地監(jiān)測等措施 以減小其周邊的地面沉降。周邊建（構(gòu)）筑物情況如表1.3所示。表1.3 周邊建（構(gòu)）筑物詳細情況一覽表文錦站車站位置處在深圳市主城區(qū)，其站場位置所處的文錦南路以及春風路 是深圳市的城市主干道，春風路

18、已有的現(xiàn)狀道路類型為雙向四車道，文錦南路已 有的現(xiàn)狀道路類型為雙向六車道，地面交通狀態(tài)繁忙。由于文錦站的周邊地下管線狀況復雜，各種管線的改移、避讓工程都必須嚴 格按照所設計規(guī)劃的圖紙進行，各種類型臨時遷移的地下管線如處于車站的風道 及出入口時則需采取懸吊措施，其中市政污水管線則需局部更換為鋼管。對于本 工程或有影響的詳細的周邊管線情況如表 1.4以及圖1.2所示。表1. 4 周邊管線詳細情況一覽表類 型規(guī)格數(shù)量（條）長度（m）與車站關系雨 水7.0 mX2 .0m1370.15橫穿車站主體，離I V出入口最近4.64 m ,離1出入口最近3.9 5mDN10001345. 2平行車站方向，位于

19、車站內(nèi)DN8 0 017 3. 2 2斜穿車站主體DN80 01170.2 6部分斜穿車站主體DN3 0012 01 .29橫穿車站主體，其平行部分距車站北 側(cè)緊急出入口最近5.7m2. 4 mix1 . 6 m11 35.3 2平行車站方向，且在車站主體南側(cè)邊 緣內(nèi)1 . 2 mx1. 3 m1474. 74平行車站方向，位于車站內(nèi)DN 1 0 00117. 3 8橫穿G出入口DN1 00 01146. 4 1在主體上方DN10001103. 2 9橫穿主體DN100 0131.39距F出入口 2. 71mD N800138.03在主體上方DN800130.16距F出入口 2.71 mDN

20、8001546.44斜穿主體，位于主體上方DN80O12 7 8.18位于主體上方D N800110 6.79橫穿主體DN80011 3 1.48橫穿W號出入口DN 80011 31. 7 4穿越1號風亭DN6 001176. 52橫穿主體D N6001P 50.0 3橫穿市政配套疏散出入口DN40011 26. 88橫穿主體DN40 013 1 . 8 8位于1號出入口上方D N4 00154.09橫穿II號出入口DN 30 014 2 . 8 9在主體結(jié)構(gòu)邊緣DN30O194. 1 1橫穿I 1號出入口DN6001:200.60 :橫穿主體DN60O123 8 . 1 0位于主體上方DN5

21、0 011 0 9. 5 2位于主體上方DN 4001153.88位于主體上方DN40O13 63.81橫穿主體DN 40013 8. 2 7距結(jié)構(gòu)最小距離2. 95 mDN20O17 2. 7 3位于主體上方DN15 0183.99橫穿附屬結(jié)構(gòu)D N15 0125. 2 2距結(jié)構(gòu)最小距離1.99 mDN100142. 0 9橫穿主體D N100135.18橫穿附屬結(jié)構(gòu)類型規(guī)格數(shù)量(條長度與車站關系燃氣DN2001177.98橫穿車站玉體結(jié)枸DN1503433.02在主體上方DW1501屜34§豐站取小距禺為5mDN1501橫穿車站主體結(jié)枸電力l*4mXl. dm2315.9橫穿車站

22、附驕構(gòu)l.OmXl.Om1117.47在主體上方1. OmX 1. Om15S. 2與車站最小距高為L如L. OmX 1. Om3300.19橫穿車站主休結(jié)枸1. OmX 1, Orn.2249.4B橫奔車站附眸 構(gòu)1_. SmX 1. 2m1208.60在主體上方圖1 .2周邊管線詳細情況一覽表續(xù)表1.2 . 2文錦站工程難點向西村站、文錦站、向文區(qū)間，已經(jīng)做出了詳盡的施工組織計劃。但由于地 下工程未知因素多，相關關鍵施工環(huán)節(jié)需要重點把控。1) 施工降、排水：因車站的周邊環(huán)境極其復雜，基坑的降水以及開挖施工都將 會造成周邊建筑物的沉降以及變形的發(fā)生，因此做好基坑降水、排水工作，確保能 夠為深

23、基坑的開挖營造“無水”作業(yè)條件成為工程的一大難點，也是工程進行的 重中之重。采取措施：在基坑開挖施工的過程中，采取分階段降水的方法 ，以避免其周 邊建筑物發(fā)生不均勻沉降，并加強施工監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)變形異常的狀況，則采取 回灌，補充地下水位、對其周邊建筑物進行注漿加固等必要措施進行處理。在施工中嚴格地按照其設計方案進行控制降水井的施工質(zhì)量，尤其是對于降水井管和濾料的選擇以及施工，以保證降水井能夠滿足成井質(zhì)量；在施工中不斷加強其地下水位及周邊建筑物的監(jiān)測，保證降水效果有效實施并確?；右约爸?邊建筑物的安全。(2) 管線保護：因基坑開挖施工而牽涉到的管線較多， 因此管線安全問題亦 是施工中的重難點之

24、一。采取措施：在施工過程中采取地質(zhì)雷達結(jié)合挖探溝的兩種方式來探明管線，并采取有效措施從而進行嚴格保護，用以確保管線安全。1 .3盾構(gòu)機下穿建筑物樁基1.3.1盾構(gòu)及下穿建筑物樁基的研究背景盾構(gòu)法目前在國內(nèi)被作為地下空間拓展的常用工法，具有施工占地較小，對周邊建筑物影響較小，施工環(huán)境佳，機械化程度先進 ，開挖速度迅速，安全性能高，成 型的隧道質(zhì)量高等特點。但是因盾構(gòu)機在穿越地層施工中具有諸多不可預見的 風險，尤其是穿越不良地質(zhì)情況上部建筑物時，其施工風險巨大，極可能會造成 對上部或周邊建筑物的破壞和損壞，從而造成重大的財產(chǎn)損失、人員傷亡等事故 的發(fā)生。因此，在盾構(gòu)下穿建筑施工過程中一定要控制好一

25、切不利的因素 ，嚴格把 關，盡可能的避免事故的發(fā)生。（1）盾構(gòu)施工對周邊土體影響及實例廣州地鐵某區(qū)間隧道施工方法采用的是土壓盾構(gòu)法，在進行土壓盾構(gòu)掘進的 施工進程中，其地表逐漸發(fā)生較大面積的沉降，導致沉降超限事故。據(jù)當時地質(zhì) 詳細的勘測資料顯示，此處的地基為原始古河道經(jīng)回填形成， 盾構(gòu)機在掘進過程 中，因盾構(gòu)通過時，需要多次穿過砂層，淤泥混合層以及中微風化砂巖層組合的 混合地基，因此會造成此次大面積的沉降事故。主要從以下幾個方面分析此次盾構(gòu)施工事故原因：1）地質(zhì)預測判斷失誤該地區(qū)的魚塘呈密集狀分布，且塘內(nèi)養(yǎng)殖有大量珍稀科研專用魚苗， 導致地質(zhì)鉆 機不能夠通過隧道上方的魚塘進行內(nèi)部鉆孔，地勘孔設

26、置間距較大，導致與其真 實地層情況出入較大。由于其地質(zhì)條件處于定位不準確的狀態(tài)，因此很難提前進行調(diào)整其掘進參數(shù)，以預防其地面沉降。由于其地層的預判不確定性，在中微風 化層中的壓力強行增大，會影響其泥餅的發(fā)育。2）掘進時突發(fā)噴涌在掘進時隧道內(nèi)部的巖層夾雜大量的孤石，因此在盾構(gòu)掘進的時候出現(xiàn)了噴 涌現(xiàn)象。及時采取措施恢復掘進后，渣土中出現(xiàn)少量十塊，導致在之后的掘進過程 中數(shù)次出現(xiàn)閘門被孤石卡住，難以控制土倉壓力。3）土倉內(nèi)部結(jié)泥餅，掘進速度緩慢導致土體超挖在掘進到第545環(huán)的時候，含砂量逐漸增多，此時盾構(gòu)機已經(jīng)進入到上軟下硬地 段,掘進參數(shù)發(fā)生異常，渣溫，扭矩，推力同時上升，掘進速度開始降低 ，出

27、閘時 有大塊的粉狀土團聚塊出現(xiàn)，其土塊的溫度逐漸呈現(xiàn)內(nèi)高外低的狀態(tài)。 根據(jù)各項 參數(shù)及出渣情況的觀察可判斷盾構(gòu)機內(nèi)部土倉已經(jīng)結(jié)泥餅，造成盾構(gòu)機的推進速度非常緩慢，但盾構(gòu)機的刀盤依然工作，處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，且其千斤頂?shù)耐屏Σ粩?維持在15 OOKN ,并且其扭矩值也處于居高不下的狀態(tài)。 同時，由于其上部地層 是軟弱地層，因而無法減壓，導致進入土倉清除泥餅 ，而形成了惡性循環(huán)。 下部的硬質(zhì)巖層不斷被磨動，而進入土倉中的土樣較少，上部的砂土則伴隨著不斷攪拌的刀盤源源不斷的涌入艙內(nèi)，導致其砂土內(nèi)部的掏空范圍不斷地擴大 ，因 而引發(fā)其拱上的土體因自重的作用不斷塌陷 ，使地面的魚塘底部導致沉降發(fā)生， 冒頂，土

28、體在塌陷時，刀盤掩埋造成扭矩的瞬間突增。4）土倉壓力偏小，且控制出圖未能精細化盾構(gòu)機掘進過程中的實際土倉壓力比理論計算時的水土側(cè)壓力略小，從而導致掘進過程中上覆的淤泥層在土倉壓力不夠的情況下 ，接近土倉的淤泥因被上層淤泥 施加的土體壓力擠壓不斷進入土倉。同時因為隧道段秒多層地層的比例不斷變 化，每次的松散系數(shù)的差異較大，造成了出量的大小不一 ，但是通常在實際的施工中，并沒有根據(jù)其地層的比例變化隨之不斷的調(diào)整其出土量，進而造成土量的差值累計,導致土體超挖的大量形成。針對這類問題，尤其是已經(jīng)出現(xiàn)的相關的沉陷超限事故，相關部門作出了相應的 措施，為了制止其地表沉降的不斷擴大，確保盾構(gòu)機能夠安全地通過

29、沉降超限區(qū) 域。作為盾構(gòu)隧道施工中的基礎，復雜的地質(zhì)條件會給施工帶來潛在的風險 ，將施工 工作置于被動的狀態(tài)。根據(jù)實際的地質(zhì)條件特點控制出土量可以有效的減少地面 沉降的現(xiàn)象。然而實際操作中其出土量的控制主要還是需要依靠土體壓力以及推 進速度來控制，實現(xiàn)起來十分被動。使用適當?shù)挠邢拊治鲕浖?，建立恰當?shù)哪Ｐ?能夠在一定程度上預防和緩解這類事故。(2)因盾構(gòu)動態(tài)施工造成周邊建筑物的影響實例隨著地鐵的發(fā)展日益深入到市民的生活，地鐵線路不斷增加，在施工過程中， 對于地表沿線的建筑物的破壞實例也逐漸增多。2013年7月1日凌晨4時的上?！八奶柧€事故”驚醒中國地鐵千億投資的 熱夢。當天凌晨四時四號線浦東南

30、路至南浦大橋區(qū)間隧道在施工過程中突然出現(xiàn)滲水，瞬時，大量的流沙源源不斷地涌入隧道中，其內(nèi)外壓力嚴重失衡，從而導致了部分區(qū)域的隧道塌陷，地面也出現(xiàn)了較為嚴重的沉降。四號線的隧道施工所處的土 層位于地下第七層，第七層是沙土層，含沙量非常高，沙中含水量也高，水具有一 定的壓力，加之睡得源頭與江河湖泊是相連的，水的壓力隨著潮汐隨時都會發(fā)生 變化,通了以后水就會就大量的流沙不斷的噴出來。前后間隔時間不到半小時，接近施工點位置的樓房也開始出現(xiàn)了不同程度的傾斜。此次突發(fā)事故迅速產(chǎn)生了一系列的連鎖反應。當日上午九時許，位于中山南路的一棟8層樓房裙房坍塌，次日凌晨開始，董家渡外馬路段的防汛墻因受地面沉降的影響，

31、開始塌陷，開裂,零時許倒塌?？拷鹿尸F(xiàn)場的20多層的臨江花園大樓也開始出現(xiàn)沉降，最大累積沉降量高達15 .6毫米。雖然事后及時作出了搶險措施，但是在地鐵施工的歷史上還是留下了慘痛的一記 教訓。諸如此類的工程實例還有很多研究存檔，200 5年8月22日,施工一個月后的北京地鐵5號線的北新橋站隧道上方的火鍋店其廚房突然塌陷，2 00 6年1月4日，正在進行盾構(gòu)施工的廣州市地鐵 5號線黃埔區(qū)大沙地東路大文區(qū)間路發(fā) 生直徑約6米，深度為60厘米的沉陷。由此可見，為了保護周邊建筑物原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其能夠在設計年限內(nèi) 正常使用安全運營，盾構(gòu)動態(tài)施工對周邊建筑物的影響是一個非常必要的科研課 題。(3)

32、盾構(gòu)動態(tài)施工對建筑物樁基礎的影響樁基礎可以將上部建筑結(jié)構(gòu)的荷載深入傳遞到內(nèi)部比較堅硬的，壓縮性能小的土體層或者巖層上，以保證建筑物可以滿足承載力要求以及變形允許值的要 求。樁基礎具備承載性能高，沉降及差異變形小，沉降穩(wěn)定快，抗震能力強，能適 應各種復雜地質(zhì)條件等優(yōu)點，使其成為應用范圍最廣的一種基礎型式，在高層建 筑，超高層建筑、道路橋梁、支擋結(jié)構(gòu)以及抗震等工程中得到了廣泛的應用。（4）管片在盾構(gòu)施工及土壓力影響下安全性分析 因隧道工程大部分位于地下，加之其圍巖的復雜性決定了其隧道工程的理論設計 發(fā)展成熟性遠不能達到地上工程的程度，長久以來，盾構(gòu)隧道主要以結(jié)構(gòu)理論、 連續(xù)介質(zhì)理論、土力學理論、為

33、設計指導。在文獻中常見的方法基本上都屬于荷 載結(jié)構(gòu)法，如：假定抗力法、彈性地基梁法、彈性連續(xù)框架法等。在荷載一結(jié)構(gòu)法中，以土壓力，水壓力，自重,上覆荷載等主荷載的研究和相 應的成果比較多，理論也相對較為完善。但對于以內(nèi)部荷載，施工荷載,地震影響 等次荷載，以及相鄰隧道的影響，地基沉降的影響，鄰施工影響等其他特殊荷載， 由于受施工工藝和周圍環(huán)境影響較大，有些荷載還具有一定的隨機性，確定起來 比較復雜,其中次荷載中的施工荷載，主要包括千斤頂推力 ，盾尾密封刷壓力，壁 后注漿壓力，上浮力以及管片拼裝機的操作荷載等， 是施工過程中必須重視的施 加在管片襯砌結(jié)構(gòu)上的作用力，而現(xiàn)行規(guī)范沒有對此類工況在設計

34、階段作出明文 規(guī)定,也沒有合適的計算理論及計算方法，然而,盾構(gòu)隧道施工過程中各種施工荷 載經(jīng)常會造成管片結(jié)構(gòu)的破壞，從而引起管片錯臺，滲漏水,破損等問題。施工荷載對管片結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面 ：1）施工工期管片裂縫現(xiàn)象在施工階段，因盾構(gòu)設備在不斷調(diào)整過程中，會產(chǎn)生應力集中的效應，當應力聚 集到一定的程度，就會在管片的表面導致裂縫的產(chǎn)生。加之千斤頂?shù)牟涣柬斄?，以及施工中常見的管片錯臺現(xiàn)象，在盾構(gòu)隧道管片拼裝管片造成的已經(jīng)拼裝好的 管片發(fā)生局部位移產(chǎn)生的拼裝間隙都會產(chǎn)生管片局部裂縫2）管片局部破損在盾構(gòu)隧道的施工階段可能會經(jīng)常遭遇的一種破壞形式就是盾構(gòu)隧道預制管片 的局部破損，其破損多發(fā)

35、生于定位孔邊緣、連接螺栓的手孔處以及管片周邊位置。一般是因為在吊裝。運輸或拼裝中可能遭受了磕碰、摩擦、沖撞、擠壓所致。 ）止水條損壞，管片滲漏在盾構(gòu)隧道施工的過程中，在本文前面提到的關于管片間錯位的事故會導致其相 鄰的管片間的止水條不能夠正常的吻合，進而導致其管片滲漏水的發(fā)生。各類裂 縫，尤其是一系列貫穿性質(zhì)的裂縫，都將會引起管片滲漏水。如果施工中連接螺 栓未完全擰緊，將會導致管片在停止掘進之后呈現(xiàn)松弛狀態(tài)， 造成其接縫的擴張， 使止水條不能緊密結(jié)合，這也是造成其管片滲漏的原因之一。在掘進中，若千斤頂?shù)臄[放位置不對，也會使止水條損壞，這是管片滲漏的潛在因素之一。 除此之 外，由于拼裝過程中的操

36、作不慎，將止水條擦劑錯位或者脫落，都將會造成管片的 滲漏。4）管片錯臺 前面已經(jīng)提到，在盾構(gòu)隧道施工中，管片錯臺是一種常見的現(xiàn)象，錯臺與前面分 析的管片裂縫往往是相伴相生的，當發(fā)生大規(guī)模的錯臺時，往往會產(chǎn)生管片破損 或裂縫。由于管片錯臺的原因，千斤頂荷載、盾構(gòu)機的姿態(tài)調(diào)整、上浮力、拼裝 荷載、注漿壓力、以及管片的制造誤差等，都是可能會造成管片錯臺的原因之一。第2章地表沉降理論分析盾構(gòu)機在不斷推進的過程中，因盾構(gòu)機的通過在原有的地層中而形成了圓形 的空洞，由于支護外徑比盾構(gòu)的外徑小，因此造成了地層的一定程度上的損失，改 變了原有的地層應力場的應力分布而造成地層發(fā)生了變位和變形，這種改變的影響極易

37、波及到地層表面，而引起地表的沉降。16-20而與此同時，盾構(gòu)機因推進對 于前方的地層土體而產(chǎn)生必須的頂推擠壓的作用影響，周圍的地層因被擠壓而造成擾動，使其孔隙水壓力造成改變，引發(fā)地層的疏水固結(jié)，而導致地層隨之產(chǎn)生變 形、變位，也是引起地表沉降；而盾構(gòu)機在通過后疏水固結(jié)狀態(tài)基本穩(wěn)定，周圍 的地下水有不斷補給，使得隧道周圍的地層水位隨之上升，又會造成地表有一定 的膨脹抬升，因此疏水固結(jié)對于地表沉降的最終影響并不大。本章主要就是對由 于因地層損失而引起的地表沉降機理而進行分析。2.1地表沉降機理：盾構(gòu)施工的地層應力分析隧道所處的地質(zhì)條件十分復雜，因此隧道處于相對較均勻的堅硬的巖層時，可將隧道周圍地層

38、簡化為簡單的線彈性體，而當隧道處于變化相對較大，組成又相對復雜的巖土符合地層的形體，隧道周圍的地層則可視為碳素形體。(1)彈性分析當隧道的圍巖相對均勻并且其應力變化在其承載能力允許范圍以內(nèi)的時候， 對其應力狀態(tài)進行彈性分析，為了簡化分析，因此提出以下幾種假設1) 將隧道周圍的地層可以視為各向的同性、連續(xù)、均質(zhì)的簡單線彈性體；2) 由于盾構(gòu)隧道的半徑遠遠小于其隧道的長度，因此簡化為相對單一的平 面應變問題；3) 般的隧道的半徑R。遠不如隧道的埋深H值大，假設隧道的兩側(cè)的壓力 呈均勻分布狀態(tài)，可將其類比成為均質(zhì)的等效的彈性材料中的一個小孔周圍的應 力分布問題。隧道在開挖后會形成的環(huán)形空洞，而導致原

39、有的地層其原始應力發(fā)生改變， 其變化可以被認為是由于隧道的開挖而造成的，將其定義為地層的附加應力，據(jù)文獻研究表明，距離隧道的中心越遠，造成的地層附加應力越小，而在隧道的內(nèi)壁 上會出現(xiàn)應力集中的情況，隧道的內(nèi)壁發(fā)生了變形 ，就勢必將會引起周圍地層發(fā) 生變形。而開挖后隧道的應力在圍巖的承載能力范圍內(nèi)，隧道的周圍地層基本上 保持穩(wěn)定狀態(tài)，這時候引起的地層變形很小，因此而產(chǎn)生的地表沉降也很小，可以認為地表不發(fā)生變成。而此時圍巖的應力遠遠高過其承載能力，因此圍巖狀態(tài)從彈性狀態(tài)進入了塑性狀態(tài)，隧道周圍的強風化巖石就會發(fā)生垮塌，而發(fā)生塑性 變形,引起地表的沉降。(2)彈塑性分析由地層應力的彈性分析中可知，當

40、隧道處于強風化的土層或巖層等此類較弱的地層中，在上部覆蓋的地層的承載能力相對較小，而在隧道開挖后，在隧道的周 圍地層中產(chǎn)生的應力超過其屈服的極限時， 周圍的地層就會有彈性狀態(tài)向塑性狀 態(tài)轉(zhuǎn)化而引起地表的沉降。2.2國內(nèi)外目前對于因地鐵盾構(gòu)法施工所引起的地表沉降的研究現(xiàn)狀通過大量借閱圖書資料，及閱讀國內(nèi)外的文獻研究可以看出，因為城市地鐵盾構(gòu) 施工時處在地下，基本上都是在地層土體的內(nèi)部進行的，所以，無論盾構(gòu)管片埋深大小有多少，在盾構(gòu)施工進行中，都會擾動并破壞原有的土體土層的平衡狀態(tài)， 轉(zhuǎn)化成為新的平衡狀態(tài)。這種擾動是不可避免的，主要表現(xiàn)為盾構(gòu)對于土體的擠 壓，以及造成的松動、孔隙水壓的升降引起的土

41、性變化，地表的隆起以及沉降等。 因受到了盾構(gòu)施工而不斷發(fā)生擾動的土體， 其物理力學性質(zhì)以及實際原狀土的物 理力學性質(zhì)對比，有著較為深刻的變化發(fā)生。因此造成在盾構(gòu)施工的過程中，以 及盾構(gòu)隧道建成后對于其周邊環(huán)境的影響也將發(fā)生巨大變化。一般來講關于土體性質(zhì)的擾動以及其土性的改變主要包括幾種表現(xiàn)形式：其土體中孔隙水壓力的不斷變化，土體應力狀態(tài)的不斷改變 ，土體結(jié)構(gòu)方面的變化等變 化。盾構(gòu)機在掘進過程中的地基變位的形狀 ，因其地基條件、盾構(gòu)機的型式、掘 進以及壁后注漿的施工方法、施工方面的管理以及其他的施工條件方面的差異， 所導致其機理的復雜性。能夠完全綜合全面的考慮到這些影響因素的權威分析方 面目前

42、尚未建立，也可以說現(xiàn)在所提出的各種各樣的分析方法，都是基于某一種條件下的施工實際條件的方法，因此，不論盾構(gòu)隧道的施工技術如何完善， 如何 改進，因施工工藝質(zhì)量不同，以及其周圍環(huán)境質(zhì)量差異，還有其巖土結(jié)構(gòu)特點等 綜合影響下的地層移動是不能夠被完全消除的。2.2.1目前國內(nèi)外對于地鐵盾構(gòu)法的施工引起的地表沉降的研究方法目前國內(nèi)外對于盾構(gòu)隧道的施工引起的地表變形以及因其施工所影響的到周圍既有建筑結(jié)構(gòu)的影響的研究方法主要有模型試驗法、數(shù)值計算法、現(xiàn)場實測法、經(jīng)驗公式法等等22-2 5 。這幾種方法的優(yōu)缺性各有千秋，加之巖土問題的復雜 性，所以很多時候是講這些單一的分析法綜合起來運用。這些方法對于研究盾

43、構(gòu)隧道施工對于其地表變形以及因施工所造成的既有建筑物的結(jié)構(gòu)影響方面都取 得了很多了研究成果，但同時，還存在著一些需要注意和拓展的問題。常用的研 究方法有：1. 經(jīng)驗公式法。經(jīng)驗公式法使用上很簡單，只是需要確定其公式的參數(shù)，從而計算得到地面的沉降數(shù)值。使用這種方法可以在一定的程度上，較為直觀的反映其地層沉降方面、土體的性質(zhì)以及隧道的特點等影響。通常在一些土質(zhì)較好，施工技術，施工設備相對完善，并且有類似工程實測全面的資料的情況之下， 現(xiàn)場 的測量結(jié)果和參數(shù)化的模型計算結(jié)果相對比較接近。但是其缺點是，經(jīng)驗公式知識相對粗略的給出了預測的地面沉降計算公式以及范圍，如果遇到襯砌形式、剛度差異以及地層條件和施工條件比較復雜的情況 ，那么它們的應用就會受到限制 難以更加接近實際情況的反映隧道的工程條件以及施工參數(shù)的影響，這在一定的程度上造成了與實際工程情況較大的差異性。2. 模型試驗法。模型試驗法主要是通過對于盾構(gòu)隧道施工中所引起的地層位 移的機理的了解，來揭示因各個施工因素對于地面沉降造成的影響。在試驗