盾構施工引起的地表沉降分析

1、<p>　　盾構施工引起的地表沉降分析</p><p>　　[摘要]在當前地鐵隧道施工的過程中，盾構法是一種常見的施工方法，在施工的過程中由于地質條件的限制，地層會不可避免的產生沉降，本文就盾構施工引起的地表沉降進行分析。 </p><p>　　[關鍵詞]盾構法；施工；地表；沉降；分析 </p><p>　　中圖分類號：TU74文獻標識碼： A </

2、p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　隨著當前經濟的快速發(fā)展，地鐵建設的速度在不斷的加快，在地鐵施工過程中不可避免的要出現隧道，隧道施工也是地鐵施工過程中的一個難點。盾構法是地鐵隧道施工中一種常用的方法，在施工過程中由于受力的變化，地層會發(fā)生沉降現象。因此，在地鐵施工過程中我們要根據其變化規(guī)律采取相應的措施。 </p><p&

3、gt;　　二、監(jiān)測概況及測點布置 </p><p>　　本文以某市地鐵隧道施工過程中地層沉降為監(jiān)測點，工程全線沉降監(jiān)測點布置為：在盾構機進出洞口100m范圍內每隔20m布設1個監(jiān)測橫斷面#其他位置可每30m布設1個。該監(jiān)測斷面垂直于隧道軸線#每個監(jiān)測斷面上一般每隔5m布設1個沉降監(jiān)測點,全斷面共布設5到9個監(jiān)測點(軟弱土層或隧道埋深較淺區(qū)域#相應加密監(jiān)測斷面和監(jiān)測點)。 </p><p>

4、　　三、地表沉降監(jiān)測數據分析 </p><p>　　1、砂卵石地層中監(jiān)測分析 </p><p>　　通過對北京直徑線盾構隧道的地表、地層沉降的監(jiān)測，分析砂卵石地層中大直徑盾構施土對地表、地層的影響。 </p><p>　　（一）地表橫向沉降分析 </p><p>　　盾構施土引起的橫向地表沉降大致呈正態(tài)分布，選取典型測點斷面，對盾構施土引起的

5、地表橫向沉降進行分析，各測點斷面的橫向沉降曲線如圖1。 </p><p>　　圖1地表橫向沉降曲線圖 </p><p>　　從圖1中可以看出:地表橫向沉降曲線沿隧道軸線基本呈正態(tài)分布，盾構施土引起的橫向沉降槽寬度為60-70m，約為5倍洞徑寬，即隧道軸線左右兩側各30-35m的范圍，盾構施土的橫向影響范圍為軸線兩側各2.5倍洞徑的寬度;在隧道軸線處的沉降最大，兩側沉降值依次遞減;最大沉降值

6、在10mm左右。在距隧道中線10m范圍內，地表沉降值比較大，是盾構施土的主影響區(qū)域，即主沉降區(qū);在距隧道中線10-20m范圍內，地表沉降相對較小，基本上小十3mm，是盾構施土的次沉降區(qū);距隧道中線20m以外的范圍，地表沉降很小，盾構施土對該區(qū)域的地表基本上沒有影響。 </p><p>　?。ǘ┑乇頇M向沉降時一程分析 </p><p>　　對地表橫向沉降曲線的形成可分為盾構到達前、盾構通過

7、、盾尾通過、最終累進沉降四個階段，選取典型監(jiān)測斷面對橫向沉降曲線的形成進行分析，如圖2所示。 </p><p>　　圖2橫向沉降發(fā)生過程曲線圖 </p><p>　　從圖2中可以看出，隨著盾構掘進，地表沉降曲線越來越明顯，各發(fā)展過程的沉降值逐漸增大，在沉降槽寬度范圍內，尤其是主沉降區(qū)內的地表沉降增長得比較快，其他范圍沉降增加較慢。從地表沉降曲線發(fā)展過程來看，在盾構通過和盾尾通過兩個階段沉降

8、曲線發(fā)展比較快，土后沉降也有所增長，但增長比較緩慢。 </p><p>　?。ㄈ┑乇砜v向沉降分析 </p><p>　　盾構施土引起的地表沉降不是一次性完成的，伴隨整個盾構施土過程。表沉降也分為幾個階段，有分四個階段的，也有分五個階段的。本文將地表沉降分為五個階段:盾構到達前沉降、盾構到達時一沉降、盾構通過沉降、盾尾間隙沉降、后期沉降，各階段的沉降與地質條件、泥漿參數、盾構施土參數等有重

9、大關系。選取典型測點就其各過程進行分析，各點的縱向沉降曲線如圖3。 </p><p>　　圖3各監(jiān)測點距刀盤距離曲線圖 </p><p>　　各階段沉降值占總沉降的百分比大概為:10%,20%,33%,22%,15%。第2,3,4階段的沉降量和沉降速率較大，第1,5階段的沉降值及沉降速率相對較小。盾構掘進的縱向影響范圍:盾構掘進前方15m。盾構通過后25m范圍。沉降的最大階段發(fā)生在盾構通過

10、階段。 </p><p>　　2、軟土地層中監(jiān)測 </p><p>　　天津直徑線穿越地層主要為細顆粒黏土、粉質黏土，還有部分粉土;地下水位埋深較淺，隧道位十地下水中。通過對天津直徑線盾構隧道地表沉降的監(jiān)測，分析軟土地層中大直徑盾構施土對地層的影響。 </p><p>　?。ㄒ唬┑乇頇M向沉降分析 </p><p>　　圖4為地表橫向沉降曲線圖

11、。從圖4中可以看出:橫向沉降曲線基本上沿隧道軸線呈正態(tài)分布。盾構施土引起的橫向地表沉降槽寬度為50m左右，約4倍洞徑寬，即隧道軸線兩側各25m的范圍;盾構施土的橫向影響范圍為軸線兩側各2倍洞徑的寬度。地表沉降最大的位置基本在隧道的軸線處，兩側的沉降值依次遞減;最大沉降值基本在15一35mm之間。在距隧道軸線巧m范圍內，地表沉降較大，也比較明顯，是盾構施土的主影響區(qū)，即主沉降區(qū);在距隧道軸線巧一20m范圍內，地表沉降較小，基本上小十5mm

12、，是盾構施土的次影響區(qū)，即次沉降區(qū);在距軸線25m范圍之外，基本上地表沉降很小，基本上沒有影響。 </p><p>　?。ǘ┑乇頇M向沉降時過程分析 </p><p>　　盾構到達前、盾構通過、盾尾通過、最終累進沉降各階段中，地面沉降逐漸增大，主沉降區(qū)內的地表沉降值增長的比較快;在盾尾通過、累計沉降這兩個階段地表沉降比較大，占總沉降值的80%;在盾構通過階段沉降較小，可能是在掘進過程中，泥

13、水壓力設置的比較合理，沉降較小;在軟土地層中，土后沉降比較明顯，不可忽視，應加強管片背后的注漿。 </p><p>　　四、在橫向地表沉降方面對觀測的結果結論： </p><p>　　1、要想判斷盾構掘進對地層影響程度，非常重要的一個關鍵就在于地層條件，如果地層有著良好的自穩(wěn)性，那么地表就不會受到盾構掘進十分大的影響。以本試驗段為例，在中風化地層中，地表的最大沉降為4.5mm，距離隧道中線

14、14m左右的范圍會受到影響。在全風化地層以及強風化地層中，增大了地表沉降，通過觀測可以發(fā)現最大的地表沉降值達到了15mm，沉降范圍也得到了增大，延伸到了隧道中線30m的距離內。 </p><p>　　2、隧道軸線6m范圍內是盾構掘進的主要影響區(qū)域，沿著線路中線，不對稱的分布沉降曲線，線路中心的沉降值最大；通過調查發(fā)現，沉降槽體積的70%都在距隧道軸線3m的范圍之內。在這一范圍內中風化地層中，沉降平均值在2.6mm

15、左右，而在全風化地層中，卻達到了14mm。而在距離隧道軸線5m左右的范圍內，中風化地層沉降均值在2mm左右，全風化地層中沉降均值在11mm左右。由此我們可以看出，距離隧道軸線3m范圍以內是主要沉降區(qū)域，而5m左右的范圍內則是次要沉降區(qū)域。 </p><p>　　3、在軟弱地層方面，對于地表有著較大沉降的是后建隧道掘進。在右線軸線地表沉降方面，在中風化地層方面，總沉降值的15%左右是左舷掘進時引起的沉降值，這就說明

16、左線掘進只有很小的影響。而在全風化地層以及強風化地層中，總沉降的25%左右都是左線掘進沉降引起的沉降值，在某些地段，這個數字還會繼續(xù)往上升，甚至可以達到50%以上。 </p><p>　　4、要想控制沉降，非常關鍵的階段就是盾構通過和盾尾脫出后沉降。通過觀測的結果我們可以發(fā)現，盾構通過和盾尾脫出階段，有著較大的地表沉降值和沉降速率。在中風化地層中，盾構通過階段地表沉降值在0.6mm左右，盾尾脫出階段的地表沉降值在

17、1.2mm左右，前者占到地表總沉降值的15%，后者占到地表總沉降值的34%。在全風化地層以及強風化地層中，盾構通過階段的地表沉降值為4.3mm，盾構脫出階段的地表沉降值在7.0mm左右，前者占到地表沉降值的25%，后者占到地表沉降值的45%，由此可見，控制沉降的主要階段就是盾構通過和盾尾脫出階段。 </p><p>　　5、依據水位測量的結果我們可以發(fā)現，在土壓平衡模式方面，盾構到達以及盾構通過時，升高了地下水位

18、有0.2m左右，盾尾通過之后，孔隙水壓力逐漸的消散，這樣就慢慢降低了地下水位，我們將其比較于原來的水位可以發(fā)現，水位降低的數值為0.12m，在左線涌水的影響下，水位下降數值可以達到1.5m。如果采用的是敞開模式，那么地下水位就會一直的下降，這樣就損失了比較大的地下水，有部分地段的水位下降的數值甚至可以達到5m，雖然，最終會恢復到原來的水位，但是地表沉降一定會在很大程度上受到地下水位下降的影響。因此，在具體的施工過程中，就需要對隧道涌水進

19、行嚴格的控制。如果地段內有著十分富集的地下水，并且有著較大的水壓力，那么就不能采用其他的開挖模式。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　綜上所述，應用盾構法在地鐵隧道施工的過程中要根據當地的地質結構對地表的沉降進行分析，采取相關的措施進行預防，避免在施工過程中產生沉降，影響施工質量。 </p><p><b