盾構(gòu)法隧道施工地層變形的控制

盾構(gòu)法隧道施工地層變形的控制采用盾構(gòu)法在軟土層中建造隧道，會(huì)引起地層變形、移動(dòng)而導(dǎo)致不同程度的地面和隧道的沉降、隆起。即使采用當(dāng)前先進(jìn)的盾構(gòu)技術(shù)，也難完全防止這些變形。地面沉降和隧道沉降達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)影響附近建筑、地下設(shè)施和隧道本身的正常使用。在需要控制地層變形地區(qū)，進(jìn)行盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)施工，必須了解地層變形的規(guī)律，盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)沉降量、沉降范圍，沉降曲線最大坡度及最小曲率半徑和對(duì)附近建筑設(shè)施的影響程度，并分析影響沉降的各種因素，以求在設(shè)計(jì)和施工中采取措施減少地層變形。地面沉降的機(jī)理及預(yù)測(cè)（一）、地面沉降的原因盾構(gòu)施工引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周圍土體受擾動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是地面沉降的基本原因。1、地層損失地層損失是盾構(gòu)施工中實(shí)際開挖土體體積和竣工隧道體積之差?？⒐に淼荔w積包括隧道外圍包裹的壓入漿體體積，地層損失率以占盾構(gòu)理論排土體積的百分比表示。圓形盾構(gòu)理論出土體積為：πR2L（R為盾構(gòu)外徑，L為推進(jìn)長(zhǎng)度）。周圍土體在彌補(bǔ)地層損失中，發(fā)生地層變形，引起地面沉降。引起地層損失的因素是：（1）開挖面土體移動(dòng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，開挖面土體受到的水平支護(hù)應(yīng)力小于原側(cè)向應(yīng)力，則開挖面土體向盾構(gòu)內(nèi)移動(dòng)，引起地層損失（超挖）而導(dǎo)致盾構(gòu)上方地面沉降；若盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，如作用在正面土體的推應(yīng)力大于原側(cè)向應(yīng)力，則正面土體向上向前移動(dòng)，引起地層負(fù)損失（欠挖）而導(dǎo)致盾構(gòu)前上方土體隆起。（2）盾構(gòu)后退在盾構(gòu)暫停推進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂漏油回縮而引起盾構(gòu)后退，使開挖面土體坍落或松動(dòng)，造成地層損失。（3）土體擠入盾尾空隙壓漿不及時(shí)、壓漿量不足、壓漿壓力不適當(dāng)，使盾尾后周邊土體失去平衡狀態(tài)，而向盾尾空隙中移動(dòng)，引起地層損失。在含水不穩(wěn)定地層中，這往往是引起地層損失的主要因素。（4）改變推進(jìn)方向盾構(gòu)在曲線推進(jìn)、糾偏、抬頭或“磕頭”推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)際開挖斷面不是圓形而是橢圓，因此引起地層損失。盾構(gòu)軸線與隧道軸線的偏角越大，則對(duì)土體擾動(dòng)和超挖程度越大其引起的地層損失也越大。（5）隨盾構(gòu)推進(jìn)而移動(dòng)的盾構(gòu)正面障礙物，使地層在盾構(gòu)通過(guò)后產(chǎn)生空隙，而又無(wú)法及時(shí)壓漿填充，引起地層損失。（6）推進(jìn)的盾構(gòu)外周粘附一層粘土?xí)r，盾尾后隧道外周環(huán)形成空隙會(huì)有較大量的增加，如不相應(yīng)增加壓漿量，地層損失必然大量增加。（7）盾殼移動(dòng)對(duì)地層的摩擦和剪切。友（貓8毒）在土壓按力作用下伯，隧道襯裙砌產(chǎn)生的化變形也會(huì)跑引起地層峰損失。挪（翻9拖）隧道襯緞砌沉降較作大時(shí)，會(huì)腫引起不可紋忽略的地才層損失。島飽和松軟葛地層襯砌可滲漏亦會(huì)非引起地層畏沉降。推施工引起具的地層損丙失可分為侮三類：管第一類：晃正常的地咐層損失熱盾構(gòu)施工卸操作精心慰，沒(méi)有失尿誤，但由傳于地質(zhì)和券盾構(gòu)施工姓方法的特習(xí)定條件，楊在施工中熄總要引起夕不可避免岡的一定地株層損失。茫一般說(shuō)這廚種地層損川失可以控裳制到一定靈限度，可飯通過(guò)變形枕彌補(bǔ)地層槽損失，因攤此施工沉伴降槽體積哈與地層損該失相等，梁在均勻地斜質(zhì)中這種沒(méi)地層損失額引起的地兔面沉降比球較均勻。帽第二類：溉不正常的生地層損失傳因盾構(gòu)施獸工操作失暮誤而引起珠的地層損欺失。如隧?xiàng)U道氣壓驟盞降、壓漿幻不及時(shí)、挨開挖面超嶼挖、盾構(gòu)袋后退等。澡這種地層煤損失引起炒的地面沉執(zhí)降有局部闊變化的特桂征。如局迷部變化的火幅度不大椅，一般還徑可以認(rèn)為叼是正常的叔。拆第三類：幕災(zāi)害性的橫地層損失歐盾構(gòu)開挖裳面發(fā)生土嫌體急劇流得動(dòng)或突發(fā)山性的崩塌推，引起災(zāi)拼害性的地吉面沉降。道經(jīng)常是敞篩開式盾構(gòu)闖遇到水壓茶大、透水心性高的顆盲粒狀上的下透鏡體或翁遇到地層游中的貯水增洞穴。在是粘性土中侵局部土體榆強(qiáng)度降低這過(guò)多而引揉起災(zāi)害性怨地面沉降寺的情況則夏很少見。鐵2傻、受擾動(dòng)龜土體的次紙固結(jié)沉降曉盾構(gòu)推進(jìn)喚中的擠壓捧作用和盾喬尾后的壓休漿作用等套施工因素饒，使周圍昂地層形成眨正值的超辯孔隙水壓鋤區(qū)，其超毒空隙水壓毅力，在盾叨構(gòu)隧道施蛇工后的一牽段時(shí)間內(nèi)碰消散復(fù)原糟，在此過(guò)考程中地層祥發(fā)生排水葉固結(jié)變形防，引起地嫌面沉降。畫地層因孔株隙水壓力杠變化而產(chǎn)孩生的地面辣沉降稱之填為固結(jié)沉圓降。土體凈受到擾動(dòng)桐后，土體疼骨架還發(fā)治生持續(xù)很羨長(zhǎng)時(shí)間的拉壓縮變形魄。在此土湊體蠕變過(guò)召程中產(chǎn)主悠的地面沉焰降為次固統(tǒng)結(jié)沉降。經(jīng)在孔隙比剪和靈敏度她較大的軟呀塑和流塑思性土層中日，次固結(jié)老沉降往往轉(zhuǎn)要持續(xù)幾責(zé)年以上，磚它所占總旗沉降量的館比例可高蜘達(dá)參35貌％以上。些（二）、斥地面沉降獨(dú)的預(yù)測(cè)乓盾構(gòu)法施舞工日益廣揭泛地被采都用，對(duì)盾振構(gòu)法施工黨引起地面阿沉陷的研寬究也日益姓深入，派布克墨（該P(yáng)ec復(fù)k有）襯196惹9媽年提出了墊地層損失淋的概念和債估計(jì)盾構(gòu)研法施工引賴起地面沉圾降的實(shí)用桌方法，此血后人們做咬了大量的豆工作，使滑之不斷地蓄完善，成窄為一種最困常用的估響算盾構(gòu)法興正常施工復(fù)引起地面唱沉降的方示法。名電子計(jì)算閣機(jī)的出現(xiàn)趨為數(shù)值分露析提供了熱強(qiáng)有力的粉工具，此哲后不少學(xué)騰者開始用打數(shù)值分析塘的方法進(jìn)蹈行研究。扮也有些學(xué)宋者在數(shù)值少分析的基爆礎(chǔ)上，結(jié)軟合施工實(shí)歇際，提出麗了估算方蟲法，這里趣不作介紹期。下面簡(jiǎn)偶單介紹派啊克法對(duì)地疤面沉降的燕預(yù)測(cè)。室派克假定語(yǔ)施工引起甲的地面沉寄降是在不薯排水情況獲下的，所療有沉降槽盡的體積應(yīng)掉該等于地盾層損失的獸體積，根表?yè)?jù)這個(gè)假趙定并結(jié)合死采礦引起長(zhǎng)地面位移僵的一種估可算方法，候派克提出數(shù)了盾構(gòu)施猶工引起施尊工階段地陜面沉降的彩估算方法邪。假定地樂(lè)層損失在怎隧道長(zhǎng)啄度上均勻階分布，地蠻面沉降的唇橫向分布摔為正態(tài)分座布曲線如潔圖婦1李所示。合圖隱1黎曉隧道上部秘地面沉降液槽示意圖腹地面沉降脖量的橫向桐分布估算游公式為：爬式中：堵S侄（淹x耍）喪---敏沉降量隨V句1匠--繞地層損失梳量嫁X---泳距隧道中新心線的距走離巴S礦max瘋---耳隧道中心酷線處的最狼大沉降量兄i---稠沉降槽寬充度系最驢悅（三）、識(shí)地層損失悟的取值稱計(jì)算沉降計(jì)量中，地蛇層損失的番取值，對(duì)朋預(yù)測(cè)地面為沉降的準(zhǔn)來(lái)確度有最盾重要的影摧響，須仔洽細(xì)分析地拼質(zhì)和施工瓶條件并參食照己有經(jīng)嗽驗(yàn)資料后敵而合理確敞定。在采查用適當(dāng)技絕術(shù)和良好貞操作的正腫常施工條寺件下，可伶從療表杜2福給出的地國(guó)層損失范任圍適當(dāng)選妙取由于各灣種因素而造引起的地撒層損失率粱。在盾構(gòu)蝦穿越較密禍集的建筑弱設(shè)施時(shí)，睛總是要在哀初始推進(jìn)安中通過(guò)施輝工監(jiān)測(cè)取席到實(shí)際地小層損失值釣，并取得跟控制地面膽隆起值的樂(lè)施工參數(shù)汪和操作估方法。故威一般在控必制地面沉夏降要求較兵嚴(yán)格的地樂(lè)段，常用持前一步實(shí)搜測(cè)的地層恒損失值，汽復(fù)算下一鼻步地面沉卻降曲線，么以事先判衣斷盾構(gòu)前萌方環(huán)境保圍護(hù)的必要雹性和恰當(dāng)殖方法。幣在預(yù)測(cè)中突當(dāng)盾構(gòu)欠裹挖應(yīng)計(jì)負(fù)款地層損失乳。當(dāng)實(shí)際偷地層損失貪超過(guò)籠表悔2獲所例最大伍值時(shí)，派悄克說(shuō)（麥Pec查k歌）公式不洲再適用，瑞這說(shuō)明施費(fèi)工質(zhì)量有眼問(wèn)題。當(dāng)育同步注漿繁達(dá)到很好指效果時(shí)，瀉盾尾后地疤層損戶失破→滔0殿，當(dāng)盾殼繭外粘附一折層粘土而自注漿又不藝及時(shí)、不孟足量則盾笨尾后地層娃損失大力買增加。益表回1洲災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)森函數(shù)表枯湖吵懼作船毫標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)勞函數(shù)科表俱圍筍蒼樓所濱遲帽表謎1乎地層損失槍計(jì)算益表扭聞田潛寫打苗爽表沸2呈地層損失題原因鋼隧道單位釘長(zhǎng)度內(nèi)的尺最大地層選損失計(jì)算拖值澆地層損失限率門V例L塊（％）塘開挖面的士地層損失都л尊R紅2帆h暫-侍1帆～臘+1睛切口邊緣尊后的地層止損失知2用л闖Rt智0.壁1長(zhǎng)～填0.5條沿盾殼的損地層損失何0.決1做л顫R昨2灶0.1輛盾尾后的荒地層損失臉地下水位糧以下乎地下水位啊以上潑2稠л暖R凍（旬R糟－韻R倡1淹）委л寺R優(yōu)（盟R候－拜R進(jìn)1自）倚0車～直4舍0脫～蝴2煙改變掘進(jìn)賤方向的地舌層誼d%*L桶*恢Л青R/Z葛0.芽2妨～新2盼曲線掘進(jìn)星的地層損項(xiàng)失念8驕л蒼RL惑2紙/禁（著R端－啦R碎c榆）絞0.若5苗～場(chǎng)1夸正面障礙霞物引起的桶地層損失己A盾0粘～還0.5框在近表罷1倦中：盾構(gòu)銳后退引起牛的地層損剩失是不正澤常的不允峰許的。候R兵--補(bǔ)-努盾構(gòu)外徑藏R1--仗-乓隧道襯砌結(jié)外徑甲t--要-派盾構(gòu)切口樓邊緣后面噴凸起高度事h--詞-腐為開挖面尋土體在盾商構(gòu)推進(jìn)單屈位長(zhǎng)度中撤向后的水蓋平位移叛L縫--懂-丈盾構(gòu)長(zhǎng)度培Rc--嗽-集盾構(gòu)推進(jìn)微曲線半徑布A炕--頭-愚盾構(gòu)正面匪障礙物凸旅出于盾構(gòu)樸外周的面繭積。翻二、盾構(gòu)程施工保護(hù)誤周圍環(huán)境墊的要點(diǎn)削根據(jù)地質(zhì)路條件和盾齒構(gòu)施工特盒點(diǎn)，對(duì)盾舊構(gòu)施工影喉響范圍內(nèi)逢的地表沉晃降進(jìn)行研顛究預(yù)測(cè)，輔并對(duì)影響舍范圍內(nèi)的厲房屋建筑辦、各種構(gòu)嚇筑物、公販用設(shè)施、觸地下管線穴等可能受污到的影響恐程度作出賠評(píng)估并提阻出處理辦老法。設(shè)計(jì)益者應(yīng)盡力宏優(yōu)化設(shè)計(jì)非，在保證冠安全質(zhì)量衰的前提下麥，盡量減觸少整個(gè)工腰程的總造庸價(jià)。在總廁造價(jià)中，即加固或搬全遷周圍建或筑物及公誼用設(shè)施等令工程費(fèi)占到有一定比攔例。因此改，需要做旱充分研究毅工作，以展采用適當(dāng)姑的環(huán)境保術(shù)護(hù)方法。秧環(huán)境保護(hù)禁方法基本弱上可分為養(yǎng)兩類：一皺類是積極帽保護(hù)方法椅，一類是姑保護(hù)工程濃法。智積極保護(hù)獸方法是在訓(xùn)施工前對(duì)倉(cāng)地質(zhì)和環(huán)則境作更深諷入地調(diào)查軌，并提出香減少沉降珠的施工技蝦術(shù)措施，浙根據(jù)經(jīng)驗(yàn)喜和理論的寨預(yù)測(cè)，減航少事先加殘固和搬遷湖項(xiàng)目。在哲施工開始牢后，通過(guò)遭施工監(jiān)測(cè)日取得對(duì)地僵質(zhì)更確切芽的認(rèn)識(shí)，讓對(duì)施工工那藝作檢驗(yàn)附和改進(jìn)，戲可靠地把呆加固和搬邪遷范圍減鴿少到最低毒程度，并容減少修復(fù)退各種受影朝響的建筑敬和設(shè)施的伴費(fèi)用。因拔此，積極午保護(hù)分法抹是進(jìn)步的粗，高效益誓的方法，公也是一種只先進(jìn)的隧否道施工管然理方法。漂（一）、刷積極保護(hù)需法的主要暈工作內(nèi)容嘆1私、對(duì)盾構(gòu)欠穿越較多烏建筑物和于公用設(shè)施杠的地段進(jìn)睛行詳細(xì)勘關(guān)探，以力煤求確切了久解土質(zhì)特愉性、地下癥水情況和魂建筑設(shè)施纖特點(diǎn)，明獸確地面沉某降的控制蹲要求，以門及達(dá)到此寺要求所需夕要的盾構(gòu)償選型及施言工工藝。捏合理的盾帆構(gòu)選型是雖滿足市政漫環(huán)境保護(hù)舊要求的關(guān)迅鍵。階2雅、施工單曲位嚴(yán)格地首執(zhí)行事先禍詳細(xì)制定徑的施工組旺織設(shè)計(jì)和科操作規(guī)程召。施工組呢織設(shè)計(jì)中誠(chéng)著重做好?。簱恚?叛）針對(duì)地墻質(zhì)勘探資維料、盾構(gòu)朵選型及盾腥構(gòu)覆土條慎件對(duì)施工妨提出的要常求、精心陰做好施工地總體、施使工細(xì)節(jié)、娃和做好風(fēng)嬸險(xiǎn)段的施側(cè)工設(shè)計(jì)；旺（字2青）地表沉務(wù)降的預(yù)測(cè)姓和減少沉漂降的技術(shù)粥措施；牲（拘3甚）明確的巖施工管理用、施工記俗錄和實(shí)施濾施工監(jiān)測(cè)婚設(shè)計(jì)等制顧度。圍3顯、進(jìn)行施闖工監(jiān)測(cè)。槽先設(shè)定施妻工參數(shù)再填經(jīng)過(guò)初始照試驗(yàn)段的墓監(jiān)測(cè)，加揀以優(yōu)化，弦及時(shí)采取閥施工改進(jìn)稅措施或應(yīng)倉(cāng)變措施。件進(jìn)行施工斬監(jiān)測(cè)要化罩費(fèi)一定代巾價(jià)，它是凱安全經(jīng)濟(jì)宿地完成整撿個(gè)隧道工書程的一個(gè)蹈重丈要保證條其件。目前工在軟土地處層的盾構(gòu)犁隧道工程捧中，在施盞工以前，胡對(duì)地質(zhì)的凳評(píng)價(jià)總有鈴不完善不票確切的地把方，設(shè)計(jì)秧和施工方墨案及細(xì)節(jié)淺也總有需米要在施工鋸中檢驗(yàn)和蘿改進(jìn)之處敏。施工監(jiān)翅測(cè)是使工靜程順利進(jìn)心行的一個(gè)曉重要環(huán)節(jié)潮，對(duì)施工歡監(jiān)測(cè)應(yīng)給曬予重視。妙（二）、重積極保護(hù)洪方法需要桶施工監(jiān)測(cè)圍施工監(jiān)測(cè)固是使積極叉保護(hù)方法述得到成功貌的保證條暢件，施工握監(jiān)測(cè)的主癢要作用是恨：勾1腸、監(jiān)測(cè)和摩判斷各種漢施工因素愁對(duì)地表變班形的影響辟，提供改象進(jìn)施工方巾法，減少旋地面沉降舌的重要依遞據(jù)；全2逆、根據(jù)前蕩一段的觀造測(cè)結(jié)果，美預(yù)測(cè)下一莊段的地表瘡沉降和對(duì)漂周圍建筑師及其它設(shè)前施的影響嗽；請(qǐng)3眾、檢驗(yàn)施明工方法是殿否達(dá)到控濕制地面沉慕降和隧道疾沉降的要皮求；飲4森、研究土嘴壤特性、庫(kù)地下水條暢件、施工尸方法與地詳表沉降的潑關(guān)系，以斷作為將來(lái)拳設(shè)計(jì)的參綱照依據(jù)；話5狼、通過(guò)施巡工監(jiān)測(cè)可值取得減少帳沉降，減塊少保護(hù)工艷程費(fèi)的效原果；紫6滲、保證工科程安全，傷減少總造瀉價(jià)。徐三、施工蹈監(jiān)測(cè)項(xiàng)目托的選擇寬（一）、厲施工監(jiān)測(cè)策項(xiàng)目選擇物的根據(jù)；泄1黎、一定情忌況下的具竭體監(jiān)測(cè)要前求；蠅2停、土壤及圣地下水情產(chǎn)況；愛3診、隧道施膚工影響范遙圍內(nèi)現(xiàn)有哨房屋建筑精、各種構(gòu)慶筑物的形痛狀尺寸與費(fèi)隧道軸線滿的相對(duì)位份置；頸4漂、隧道埋條深；耍5繁、雙線隧兔道的間距駝或施工隧憂道與近旁鞋大型、重煤要公用管箏道的間距侵；燙6滲、設(shè)計(jì)中執(zhí)的安全儲(chǔ)溜備系數(shù)。玻（二）、隔監(jiān)測(cè)項(xiàng)目位的一般分低類你困1竿、監(jiān)測(cè)有嘉關(guān)地下水們的參數(shù)步監(jiān)測(cè)有關(guān)狠地下水的趙參數(shù)，對(duì)巖埋置在地洲下水位以蓄下的普通恢盾構(gòu)隧道拿施工是非臥常重要的床，對(duì)砂土參層中的降眼水法盾構(gòu)燭施工尤為駐重要。根旨據(jù)各土層洞的水位觀泛察井及孔猴隙水壓的杠變化監(jiān)測(cè)胞結(jié)果，可吐提出開挖蛛面可能失多去穩(wěn)定的栗警報(bào)，可腫以檢驗(yàn)降指水效果。獎(jiǎng)并為使用壁壓縮空氣廊的壓力提念供依據(jù)，污還有益改稱進(jìn)挖土等愿的施工方熊法。枝2邀、土體變睡形監(jiān)測(cè)浪在控制地挑面沉降要禮求較高的爪地區(qū)，采嫁用盾構(gòu)施米工時(shí)，往抄往在盾構(gòu)證推出豎井闊的起始段平就進(jìn)行以篇土體變形徒為主的監(jiān)近測(cè)，以合紀(jì)理確定盾述構(gòu)施工參幼數(shù)，以后歪每隔一定響距離可設(shè)優(yōu)監(jiān)測(cè)段，章以對(duì)施工枯參數(shù)做必聰要的調(diào)整萬(wàn)。土體變浸形觀測(cè)包氏括以下幾汁種內(nèi)容：宰（團(tuán)1云）地表變纏形街用精密水么準(zhǔn)儀觀測(cè)銅隧道中心誘線上預(yù)設(shè)窮的地表樁繪與隧道中墾心線相垂丈直的橫向?qū)嗝娴牡貧q表樁，從維監(jiān)測(cè)得到恥的縱、橫波沉降槽曲毒線及最大螞沉降坡度望、最小曲龜率半徑沉浮降速率等婦數(shù)據(jù)。施胞工中按量蜂測(cè)反饋資晶料，合理腸調(diào)整盾構(gòu)潛正面壓力設(shè)、出土量炭、壓漿時(shí)會(huì)間、數(shù)量跪和壓力、否推進(jìn)速度得等施工參煎數(shù)，以達(dá)潔到控制沉猶降的最優(yōu)結(jié)效果。純（銹2屢）地下土滾體沉降歐觀測(cè)盾構(gòu)備頂部正上宰方土體中贊一點(diǎn)的沉贊降量和在體盾構(gòu)正上禿方的垂直瓶線上幾個(gè)許點(diǎn)的沉降錢量，以判披斷影響地極層損失的類因素。特液別是對(duì)盾超構(gòu)正上方械一點(diǎn)的沉因降觀測(cè)，報(bào)比觀測(cè)地被表沉降更弟為敏感，脊對(duì)診查施干工因素更呆為有效。曬為了研究似的目的，出還要觀測(cè)摔離開盾構(gòu)噸中心線的饑深層土體廁的沉降量障。一般采叨用地下土膚體沉降觀穿測(cè)裝置。扒（剃3飽）地表水賢平位移及象應(yīng)變觀測(cè)剛這種觀測(cè)窯主要設(shè)在顧垂直于隧奮道軸線的限斷面上的墻地表樁進(jìn)牢行觀測(cè)，表以隨時(shí)分蕉析建筑物慨的安全問(wèn)央題，一般兩可用精密將的經(jīng)緯儀虹觀測(cè)。隱（則4子）地下土絕體的水平升位移監(jiān)測(cè)卵沿盾構(gòu)的豪兩側(cè)設(shè)置纏測(cè)點(diǎn)，用浮測(cè)斜儀量攝測(cè)盾構(gòu)推精進(jìn)中擾動(dòng)宇引起的土匠體水平位流移，可研燥究減少盾南構(gòu)擾動(dòng)的網(wǎng)施工措施尿。崗（攻5申）土體回