盾構(gòu)掘進(jìn)地層變形原因分析與施工控制

Word版本，下載可自由編輯盾構(gòu)掘進(jìn)地層變形原因分析與施工控制盾構(gòu)掘進(jìn)地層變形緣由分析與施工控制詳細(xì)包括哪些內(nèi)容呢，下面我為大家?guī)?lái)相關(guān)內(nèi)容介紹以供參考。

北京地鐵在5號(hào)線施工中首次采納盾構(gòu)法舉行地鐵區(qū)間隧道的掘進(jìn),下穿城市中心區(qū)域,在這些區(qū)域中有無(wú)數(shù)是老舊城區(qū)和中心商業(yè)區(qū),對(duì)于地層變形和地面沉降的控制要求極為嚴(yán)格,因此很有須要對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中地層變形和地面沉降的邏輯舉行細(xì)致分析,并實(shí)行相應(yīng)的施工辦法與技術(shù)措施舉行控制,以滿足盾構(gòu)施工過(guò)程中的環(huán)境要求。

1地層變形緣由分析

盾構(gòu)法隧道施工引起地層變形的基本緣由可歸納為以下幾個(gè)方面。

(1)開(kāi)挖面土體的移動(dòng):當(dāng)隧道掘進(jìn)時(shí),開(kāi)挖面土體的水平支護(hù)應(yīng)力可能大于或小于原始側(cè)壓力,開(kāi)挖面前方土體從而會(huì)產(chǎn)生下沉或隆起。

(2)建造空隙引起的沉降:土體擠入盾尾空隙,因?yàn)橄蚨芪埠竺嫠淼劳鈬ㄔ炜障吨袎簼{不準(zhǔn)時(shí)、注漿量不足、壓漿壓力不適當(dāng),使盾尾后坑道周邊土體失去原始三維平衡狀態(tài),引起地層損失;盾構(gòu)在曲線中掘進(jìn),或糾偏掘進(jìn)過(guò)程中實(shí)際開(kāi)挖斷面不是圓形而是橢圓形,故引起地層損失;盾構(gòu)在土體中移動(dòng),盾殼表面粘附著一層粘土,推動(dòng)時(shí)盾尾后隧道外圍形成的空隙大量增強(qiáng),如不相應(yīng)增強(qiáng)注漿量,地層損失將增強(qiáng)。

(3)襯砌變形和沉降:在土壓力作用下,隧道襯砌產(chǎn)生的變形也會(huì)引起少量地層損失,當(dāng)隧道襯砌沉降較大時(shí)會(huì)引起不行忽視的地層損失,襯砌滲漏也引起沉降。

(4)受擾動(dòng)土體的固結(jié)再沉降:因?yàn)槎軜?gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的擠壓作用和盾尾注漿作用等因素,使周圍地層形成超孔隙水壓區(qū),需經(jīng)過(guò)一段時(shí)光后才干消散復(fù)原。在此過(guò)程中因地層發(fā)生排水固結(jié)變形引起地面沉降。

2地層沉降控制辦法

2.1地層情況及沿線建構(gòu)筑物調(diào)查

若要在施工過(guò)程中達(dá)到有效控制地層沉降的目的,首要的先決條件就是在盾構(gòu)隧道掘進(jìn)之前對(duì)隧道施工影響范圍內(nèi)的地層情況及沿線建(構(gòu))筑物舉行調(diào)查,在獲得相關(guān)的原始資料后,對(duì)地層條件及沿線建(構(gòu))筑物的狀態(tài)舉行評(píng)價(jià)分級(jí),并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求,進(jìn)而確定其在施工過(guò)程中為確保地層及建(構(gòu))筑物的穩(wěn)定而應(yīng)達(dá)到的控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.2優(yōu)化匹配盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

在確定了沿線地層及相關(guān)建(構(gòu))筑物的控制標(biāo)準(zhǔn)之后,就要按照控制目標(biāo)調(diào)節(jié)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù),使盾構(gòu)在施工過(guò)程中達(dá)到最優(yōu)控制掘進(jìn)狀態(tài)。

盾構(gòu)最優(yōu)掘進(jìn)是指:掘進(jìn)時(shí)對(duì)周圍地層及地面的影響最小,地層強(qiáng)度下降小,受到的擾動(dòng)小,超空隙水壓力小,地面隆沉小,盾尾脫出時(shí)的突沉幅度小,這些是盾構(gòu)施工中控制地面沉降、庇護(hù)環(huán)境的首要條件和治本辦法。

要達(dá)到上述最優(yōu)狀態(tài),必需在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中按照隧道埋深、地質(zhì)條件、地面荷載、設(shè)計(jì)坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、軸線偏差及盾構(gòu)姿勢(shì)等狀況,選取合理的參數(shù)指導(dǎo)施工。為此必需舉行沿線監(jiān)測(cè)地表變形值,據(jù)此不斷舉行優(yōu)化組合,指導(dǎo)下一步的掘進(jìn)施工,使之真正達(dá)到優(yōu)化施工參數(shù)的目的。

2.3試掘進(jìn)確定參數(shù)指導(dǎo)施工

盾構(gòu)施工所面向的主要工作介質(zhì)就是巖土體,再加上在施工影響范圍內(nèi)建(構(gòu))筑物與巖土體的互相作用,因而很有須要按照沿線地層條件、建(構(gòu))筑物狀況,以一定的掘進(jìn)區(qū)段作為掘進(jìn)實(shí)驗(yàn)段。

普通來(lái)說(shuō),將始發(fā)掘進(jìn)的前100m作為試掘段。在實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中,又可將100m試掘段劃分為3個(gè)區(qū)段:第一段長(zhǎng)15m,為初掘進(jìn),共設(shè)定3組掘進(jìn)參數(shù),利用地表監(jiān)測(cè),試探地層變化和軸線控制的邏輯;其次區(qū)段長(zhǎng)35m,按照地面條件、建造物、地下管線狀況,對(duì)第一階段設(shè)定的3組參數(shù)舉行調(diào)節(jié),以取得最優(yōu)參數(shù);第三區(qū)段長(zhǎng)50m,是正式掘進(jìn)的預(yù)備階段,利用這一區(qū)段的掘進(jìn),對(duì)地面沉降、隧道軸線控制、襯砌安裝質(zhì)量等制定出控制措施,基本把握施工參數(shù),能通過(guò)信息反饋指導(dǎo)施工。利用100m試掘段掘進(jìn)參數(shù)與地層變形邏輯的試探,為囫圇掘進(jìn)過(guò)程中施工參數(shù)確實(shí)定奠定良好的基礎(chǔ)。

2.4土倉(cāng)壓力的設(shè)定

在囫圇隧道掘進(jìn)過(guò)程中,土倉(cāng)壓力的設(shè)定是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù),土壓設(shè)定值假如偏小則導(dǎo)致地層下沉量增大,土壓設(shè)定值假如偏大則會(huì)導(dǎo)致地層發(fā)生隆起現(xiàn)象。

在北京地鐵五號(hào)線17標(biāo)段的盾構(gòu)施工過(guò)程中,因?yàn)榈靥幚铣菂^(qū),地面年月久遠(yuǎn)的房屋多達(dá)1000余間,且地下管線密集,因此地層變形的控制十分嚴(yán)格,在土壓力理論計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合試掘段的閱歷數(shù)據(jù),土倉(cāng)壓力的設(shè)定為理論值的105%～120%。

2.5確定盾尾同步注漿參數(shù)的最佳值

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,以適當(dāng)?shù)淖{壓力和漿量、合理協(xié)作比的注漿材料等,在脫出盾尾的襯砌背面環(huán)形建造空隙舉行同步注漿,這是控制或減小地層變形的關(guān)鍵措施。盾尾同步注漿過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)控制主要包括如下幾點(diǎn)。

(1)合理協(xié)作比的漿料:稠度值控制在10.5～11.0,容重近似于原狀土。

(2)注漿壓力:合適的注漿壓力約為5～6bar,因?qū)嶋H注漿量大于計(jì)算注漿量,超體積漿液必需用適當(dāng)高于計(jì)算注漿壓力方可注入盾尾土體空隙。

(3)注漿時(shí)光:盾尾注漿的壓入時(shí)光對(duì)于注漿施工效果影響顯然。漿液的注入時(shí)光應(yīng)以管片拖開(kāi)盾尾同步為最佳,勻量注入漿液的時(shí)光應(yīng)與管片推動(dòng)一環(huán)的時(shí)光相同。

(4)注漿量:普通來(lái)說(shuō),盾尾同步注漿量的控制可按照盾尾間隙的計(jì)算而求得。但在實(shí)際注漿過(guò)程中,因?yàn)槎芪餐馏w不密實(shí)或存在空隙等狀況,同時(shí)因?yàn)槎軜?gòu)施工對(duì)于周邊土體的擾動(dòng)作用,從而導(dǎo)致實(shí)際的盾尾同步注漿量要遠(yuǎn)大于理論計(jì)算量。按照我單位閱歷,在砂卵石地層中合適的注漿量應(yīng)為理論注漿量的160%～220%;在粉質(zhì)土、粘質(zhì)土地層中合適的注漿量應(yīng)為理論注漿量的140%～180%。

(5)注漿位置的分配:有目的地挑選等角度分布于盾尾外殼的注漿管舉行注漿,按照不同的地質(zhì)條件及控制標(biāo)精確?????定各個(gè)注漿管的注漿壓力與注漿量,能使“飄蕩”于漿液中的隧道尾端產(chǎn)生可控位移,既可改善隧道軸線原有些偏差,又可有效改善管片與盾尾的擠卡情況。

2.6信息化施工的指導(dǎo)

在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,按照監(jiān)測(cè)結(jié)果與各項(xiàng)施工參數(shù)之間的對(duì)比分析,可對(duì)施工參數(shù)舉行進(jìn)一步修正,達(dá)到優(yōu)化匹配掘進(jìn)參數(shù)、有效控制地層變形的目的。

3工程實(shí)踐效果

北京地鐵五號(hào)線是北京首批采納盾構(gòu)法舉行施工的地鐵隧道,該標(biāo)段區(qū)間隧道的盾構(gòu)掘進(jìn)具有如下特點(diǎn)。

3.1地質(zhì)條件具有代表性

該標(biāo)段一個(gè)區(qū)間隧道埋深14.8～15.6m,隧道上部地層為粉土②3層、粉土②層和中粗砂③1層,洞身利用地層為中粗砂③1層、圓礫④層、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土⑤層和粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土⑤1層,隧道下部地層為圓礫④層、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土⑤層和粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土⑤1層。隧道進(jìn)入潛水層,一部分進(jìn)入承壓水層。

而另一區(qū)間隧道埋深8.2～9.5m,隧道上部地層為粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土②層及粉質(zhì)粘土②1層,洞身利用地層為粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土②層及粉質(zhì)粘土②1層、粉細(xì)砂③層、圓礫④層,隧道下部為圓礫④1層和圓礫④層。局部地段隧道底部進(jìn)入潛水層,未進(jìn)入承壓水。

3.2周邊環(huán)境復(fù)雜,施工制約因素多

該標(biāo)段兩區(qū)間地面建造物狀況復(fù)雜,沿線所經(jīng)地面道路為市區(qū)南北向交通要道,交通量大,隧道沿線經(jīng)過(guò)繁華商業(yè)大街,該段地面交通繁忙,地面交通在地鐵施工期間不能中斷。

地面建造狀況復(fù)雜,隧道從道路東側(cè)密集商業(yè)建造物下穿過(guò),建造物大多建設(shè)年月較早,大部分房