盾構(gòu)隧道開(kāi)挖引起的地表沉降規(guī)律的論文

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地表沉降的影響因素及其發(fā)展過(guò)程影響盾構(gòu)隧道地表沉降因素有渣土倉(cāng)壓力、地層性質(zhì)、盾尾注槳開(kāi)始時(shí)刻、注漿量和注漿壓力、出土量及盾構(gòu)推進(jìn)速度等,而地表沉降是這些因素綜合影響的結(jié)果。地層沉降主要取決于地層類(lèi)型、盾構(gòu)機(jī)類(lèi)型及施工狀況。沉降歷時(shí)曲線(xiàn)可分為5個(gè)階段,如圖1所示4:(1) 先行沉降:指自隧道開(kāi)挖面距地面觀(guān)測(cè)點(diǎn)還有相當(dāng)距離(數(shù)十米)開(kāi)始,直到開(kāi)挖面到達(dá)觀(guān)測(cè)點(diǎn)之前所產(chǎn)生的沉降。(2) 開(kāi)挖面前的沉降和隆起:指自開(kāi)挖面距觀(guān)測(cè)點(diǎn)極近(約幾米)時(shí)直至開(kāi)挖面位于觀(guān)測(cè)點(diǎn)正下方之間所產(chǎn)生的沉降或隆起現(xiàn)象。(3) 盾尾沉降。指從開(kāi)挖面到達(dá)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的正下方之后直到盾構(gòu)機(jī)尾部通過(guò)觀(guān)測(cè)點(diǎn)為止這一期間所產(chǎn)生的沉降,主要是土的擾動(dòng)所致。(4) 盾尾空隙沉降。指盾構(gòu)機(jī)的尾部通過(guò)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的正下方之后所產(chǎn)生的沉降,是盾尾空隙的土體應(yīng)力釋放所引起的彈塑性變形。(5) 后續(xù)沉降。指固結(jié)和蠕變殘余變形沉降,主要是地基擾動(dòng)所致。這些沉降多非同時(shí)發(fā)生,地基條件和施工狀況不同,沉降的類(lèi)型也有所不同。2 地質(zhì)概況該隧道位于新華夏系第二沉降帶的區(qū)域構(gòu)造背脊之上,在勘探深度范圍內(nèi)未見(jiàn)斷層活動(dòng)跡象。其埋深為15左右;開(kāi)挖直徑為。從上往下,土層依次為人工填土層、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土、粉細(xì)砂和中粗砂、圓礫和卵石、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土。3 觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析在隧道沿線(xiàn)地表共連續(xù)布置了17個(gè)斷面,每個(gè)斷面布置了7個(gè)測(cè)點(diǎn)。在測(cè)量斷面上測(cè)點(diǎn)分布形式,如圖2所示。測(cè)量斷面上的中心點(diǎn)位于隧道中心線(xiàn)上。隨著盾構(gòu)機(jī)推進(jìn),測(cè)量各個(gè)測(cè)量斷面上各測(cè)點(diǎn)的高程變化,得到各點(diǎn)的沉降值。觀(guān)測(cè)斷面沉降曲線(xiàn)分析根據(jù)觀(guān)測(cè)到的每個(gè)斷面上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降值,畫(huà)出測(cè)量斷面沉降曲線(xiàn)。通過(guò)做出的各個(gè)斷面的沉降曲線(xiàn),得出如下規(guī)律:(1) 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)工作面在測(cè)量斷面前大約3之前,各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降值基本相等,即發(fā)生整體隆起或下沉,如圖3所示。(2) 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面后927之間位移增加值變小,這說(shuō)明從這以后盾構(gòu)的推進(jìn)對(duì)該斷面的影響不大。(3) 位移增加最快的點(diǎn)一般位于盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面012。在這段距離內(nèi),產(chǎn)生的沉降值在45之間。因此,在該區(qū)間要加強(qiáng)觀(guān)測(cè),以防發(fā)生大的沉降。(4) 沉降標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線(xiàn)不是在沉降最初階段就出現(xiàn),而是在沉降發(fā)生的圖1所示的第2、3、4階段出現(xiàn),如圖3所示;而且其出現(xiàn)點(diǎn)也沒(méi)有規(guī)律。這說(shuō)明地層沉降的變化過(guò)程無(wú)法用正態(tài)分布曲線(xiàn)(即公式)描述,只能用它來(lái)描述在該點(diǎn)以后的沉降發(fā)展。(5) 在有些斷面,沉降標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線(xiàn)的出現(xiàn)點(diǎn)與位移增加變緩點(diǎn)重合,因此沉降標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線(xiàn)的出現(xiàn)也在某種意義上說(shuō)明位移從該時(shí)刻起開(kāi)始緩慢變化。(6) 從位移增加變緩點(diǎn)開(kāi)始,地表各點(diǎn)的位移仍然增加,直到出現(xiàn)最大沉降值。(7) 每個(gè)測(cè)量斷面兩個(gè)邊點(diǎn)的沉降值變化沒(méi)有明顯的規(guī)律。但是,在同一個(gè)斷面的兩個(gè)邊點(diǎn)的沉降規(guī)律基本相同。在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中,有時(shí)由于其它因素的影響地表位移還會(huì)發(fā)生反彈。觀(guān)測(cè)斷面中心點(diǎn)的沉降速度分析沉降速度柱狀圖中的速度是指盾構(gòu)機(jī)每推進(jìn)1,在測(cè)量斷面中心點(diǎn)產(chǎn)生的沉降值。因?yàn)?在開(kāi)挖中,影響測(cè)點(diǎn)沉降值的關(guān)鍵因素不是時(shí)間,而是盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn),雖然土也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生固結(jié)和蠕變變形,但是,所監(jiān)測(cè)到的仍是土的瞬時(shí)變形。另外,圖中負(fù)距離表示盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)通過(guò)測(cè)量斷面,下同。從做出的觀(guān)測(cè)斷面中心點(diǎn)的沉降速度直方圖,可見(jiàn):(1) 沉降速度一般為-1/之間,最大值一般不超過(guò)/。(2) 沉降速度一般在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面30后,變得非常小,如圖4和圖4所示,這與位移呈線(xiàn)性增加段基本吻合。(3) 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)某段時(shí),對(duì)測(cè)量斷面的位移影響很大,這時(shí)沉降速度大,且沉降速度在該段上基本保持不變。這種現(xiàn)象當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到測(cè)量斷面附近時(shí)容易出現(xiàn)。在這些區(qū)域,位移增加迅速;并且位移最大值,位移迅速增加點(diǎn)或位移正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)一般出現(xiàn)在該區(qū)域。觀(guān)測(cè)斷面中心點(diǎn)沉降值隨盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)變化的分析因?yàn)?沉降最大值一般發(fā)生在與隧道中心線(xiàn)對(duì)應(yīng)的地表點(diǎn);所以,選擇做出觀(guān)測(cè)斷面的中心點(diǎn)位移隨盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的位移變化很有意義。根據(jù)觀(guān)測(cè)斷面中心點(diǎn)位移隨盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的位移變化圖,可以得出如下規(guī)律:(1)在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面20到40后,位移基本停止增加,如圖5和圖5所示。一般,如果盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面約為25時(shí),就可以認(rèn)為盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)對(duì)該斷面無(wú)影響。此后,隨著時(shí)間的增加,將發(fā)生小的后續(xù)沉降。(2)從工作面距測(cè)量斷面5-25間,位移增加較迅速,位移值與距工作面距離之間的關(guān)系近乎線(xiàn)性,如圖5和圖5所示。(3)當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在測(cè)量斷面前58時(shí),地表位移隨時(shí)間增加,略有隆起。但相對(duì)于最大沉降值,其值很小。(4)觀(guān)測(cè)斷面兩個(gè)邊點(diǎn)的位移變化規(guī)律基本相同,位移值有差別。4 結(jié)論根據(jù)對(duì)各個(gè)斷面的沉降曲線(xiàn)、觀(guān)測(cè)斷面中心點(diǎn)的位移速度直方圖和觀(guān)測(cè)斷面中心點(diǎn)位移隨盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的位 移變化圖分析,得出如下規(guī)律:(1)在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面25左右后,位移幾乎不增加,變形速度很小;(2)一般在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面012之間,位移增加最快;(3)當(dāng)盾構(gòu)機(jī)工作面在測(cè)量斷面前大約3之前,各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降值基本相等,即發(fā)生土層的整體下沉。(4)當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在測(cè)量斷面前58時(shí),地表位移隨時(shí)間增加,且略有隆起。但相對(duì)于最大沉降值,其值很小。(5)觀(guān)測(cè)斷面兩個(gè)邊點(diǎn)的位移變化規(guī)律基本相同,位移值有差別。(6)沉降速度一般在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)測(cè)量斷面30后,變得非常小,