上軟下硬復合地層盾構施工地表沉降控制研究

發(fā)布時間：2020-03-22 07:05

【摘要】：盾構穿越上軟下硬復合地層時,由于盾構姿態(tài)難以控制,刀盤對前方巖土體的切削程度不一致,易造成較大的地層擾動,引發(fā)大幅度、大面積的地表沉降。加上軟硬層在空間上組合形態(tài)多變,地表沉降的分布規(guī)律更加復雜,地表沉降難以得到針對性控制,使盾構施工安全與盾構上方既有構建筑物的安全難以得到保障。本文以徐州地鐵2號線姚莊站-文博園站區(qū)間盾構工程為背景,針對區(qū)間長距離穿越上軟下硬地層,地表沉降難以得到有效控制的問題,采用理論分析、實測研究和數(shù)值模擬的方法,對盾構穿越上軟下硬地層引起的地表沉降規(guī)律進行深入分析,對上軟下硬復合地層盾構施工引起的地表沉降控制措施進行了探討,并制定了徐州地鐵2號線姚莊站-文博園站上軟下硬段地層盾構工程地表沉降針對性控制措施。通過對上軟下硬地層的地質特點,盾構施工技術特點及盾構引起的地表沉降的機理進行綜合分析,找出盾構穿越上軟下硬地層引起地表沉降的影響因素,包括地質因素和施工因素兩個方面。結合姚文區(qū)間地質環(huán)境分析,區(qū)間盾構穿越上軟下硬復合地層引起地表沉降的主要影響因素可歸納為(1)掘進斷面上軟硬巖空間組合形式;(2)上部軟弱層力學性質;(3)施工參數(shù):盾構推力、土艙壓力;(4)盾尾未充填空隙以及超挖間隙的大小。對姚文區(qū)間上軟下硬段地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)橫斷面沉降分布曲線近似正態(tài)分布曲線,采用Peck公式進行回歸分析。將回歸分析得到的結果與傳統(tǒng)Peck公式預測結果進行對比分析,引入橫斷面沉降槽形狀修正系數(shù)α_1、α_2和橫斷面沉降槽中心位置修正系數(shù)μ_1,對傳統(tǒng)Peck公式進行修正,得到了適用于上軟下硬地層盾構施工地表沉降預測公式。其中,適用于姚文區(qū)間的修正系數(shù)范圍為α_1的值介于0.63~1.3083之間,α_2的值介于1.31~2.32之間,μ_1的值介于-2.78~4.06之間。用有限差分法數(shù)值模擬軟件FLAC~(3D)進行盾構穿越上軟下硬地層地表沉降影響因素分析,針對姚文區(qū)間的四個主要影響因素展開分析,得出結論如下:隧道上半部分軟巖空間占比越高,地表沉降量越高;因上軟下硬地層空間內軟硬占比不均,盾構引起的地表沉降呈不均勻分布。上部軟弱層力學參數(shù)越高,地表沉降量越小,最大沉降量與沉降槽寬度主要受軟弱層的彈性模量E和內聚力c影響。開挖面支護力設置為理論計算的1.53倍時,能有效控制因支護力的不足引起的地表沉降。施工過程中的超挖間隙和注漿未填充的盾尾間隙越大,引發(fā)的地表沉降量越大。結合實測研究與數(shù)值模擬分析得到的地表沉降規(guī)律,對姚文區(qū)間上軟下硬段的地表沉降制定針對性控制措施:以區(qū)間里程K758.05~K795.91為縱向范圍,以兩線隧道中心水平向外延伸各17m為橫向范圍,對包絡范圍內的軟弱層采取注漿加固。并采用數(shù)值模擬方法對加固措施實施前后的地表沉降進行對比,驗證了加固措施對地表沉降的控制是有效的。
【圖文】：

示意圖,沉降槽,示意圖

過大量工程實測數(shù)據(jù)，分析了盾構周圍巖土力應力、應變道周圍巖土體應力、應變擾動影響關系。結果表明，隧道，隧道中心沉降值越大。10)以深圳地鐵 5 號線洪浪—興東盾構區(qū)間現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為究掘進參數(shù)對地表沉降的影響。結果表明，實測地表沉降量一定時，地面沉降隨土艙壓力的增加而減��；地表沉降減小。究從工程實測數(shù)據(jù)、隧道周圍土體應力分析等方面分析盾因素，通過對盾構施工引起地表沉降機理的研究，，找出盾，分析地表沉降的關鍵影響因素，是進行地表沉降規(guī)律研地表沉降規(guī)律研究現(xiàn)狀的地表位移曲線被稱為沉降槽[19]，沉降槽曲線三維形狀如以分為橫向沉降槽和縱向沉降槽。對于與隧道開挖斷面平向沉降槽；與隧道開挖方向平行的平面，沉降位移曲線為

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