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城镇建设【2020年第07期】

  • ID:271743
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  • 学科:市政工程
  • 更新时间:2020-05-28 20:08:55
  • 期刊: 城镇建设
内容简介
《城镇建设》是由中国出版传媒股份有限公司主管、中国大百科全书出版社有限公司主办,国际标准连续出版物号ISSN 2096-6539,国内统一连续出版物号CN10-1589/TU。本刊是面向国内外公开发行的国家级综合性工程学术期刊,以服务于广大工程建设科技人员、管理者,促进国内外工程建设学术交流与发展为宗旨。

软土地层盾构施工中地表沉降分析及控制措施

2019/8/9 15:17:00 市政工程 杨江涛
资料简介

摘要:随着社会经济的提升和科技水平的不断发展,目前,城市轨道交通在我国城市发展中也占据了重要地位,成为城市居民日常出行的主要交通工具之一。而盾构施工掘进技术作为地铁隧道的主要掘进工艺之一,在地铁建设中有着不可取代的地位。因此本文将对地铁隧道盾构施工地表沉降进行分析,仅供参考。

软土地层盾构施工中地表沉降分析及控制措施

杨江涛

中国电建市政建设集团有限公司 天津 300000

摘要:随着社会经济的提升和科技水平的不断发展,目前,城市轨道交通在我国城市发展中也占据了重要地位,成为城市居民日常出行的主要交通工具之一。而盾构施工掘进技术作为地铁隧道的主要掘进工艺之一,在地铁建设中有着不可取代的地位。因此本文将对地铁隧道盾构施工地表沉降进行分析,仅供参考。

关键词:城市地铁隧道;地表沉降;控制措施

1 引言

在当前社会城市化发展中,为了更好地改善城市交通,不少城市修建了地铁,解决了道路拥挤的问题,提高了人们的出行质量。但是,在地铁隧道工程施工中,在面临复杂地质条件下会出现地表沉降的可能,无法满足城市地铁隧道的施工需求。因此,在地铁隧道施工中,施工单位应该结合城市地铁隧道的工程特点,分析影响地表沉降的现象问题,通过工程地形、地质及水文等具体状况,明确隧道地表沉降的施工方案,以保证地铁隧道施工的安全性。

2 基坑周边地基沉降影响因素

2.1 基坑围护结构

大量工程实践表明,基坑围护结构的刚度跟基坑周边地表沉降量有较大的相关性,围护结构刚度越大,越不容易变形,从而限制住了坑壁土体的水平向位移。基坑施工开挖时,开挖完成到支护之间的时间间隔长短也会影响基坑周边地基的沉降量;采用分布开挖时,分布开挖的面积越大,无支护坑壁暴露的时间越长,基坑周边的沉降量越大。因此,施工单位应根据施工条件与工程要求合理选择支护结构形式和开挖方式,尽快对坑壁进行支护。

2.2 软土性质

由于软土具有较高的含水率和孔隙比,故其压缩性较高,承载力和抗剪强度很低,透水性较差。当工程遇到软土地基时,支护难度要明显大于普通地基土工程。并且开挖基坑时,施工机器的振动和碾压会扰动原状土,使得原状土的屈服应力急剧下降。在基坑开挖的前期可能会出现落石坍塌等现象,并且在进行支护时容易造成支护结构入土深度不足,承载力不够,从而进一步导致支护结构出现转角或者位移,从而引起周边地基沉降。对于高灵敏度软土工程地段,建议施工前对地基进行加固。

2.3 地下水

在进行基坑开挖以及地铁和隧道施工时,渗出的地下水往往会影响工程机器的运作以及施工人员的入场。然而盲目对施工平面进行排水处理,会导致地下水位急剧下降,地基土的孔隙水压力减小,有效应力增大,在土自重应力和工程应力作用下土会慢慢变密实,从而引起沉降,在基坑开挖的过程中土的卸载回弹力以及前期支护的侧向变形会加剧这一沉降作用。因此,需采用适当的方法,合理降水才能保证施工质量。国内外对于降水导致地表沉降的控制方法有很多,比如降水与回灌组合方式或者加强支护设计等,应参考当地的水文地质条件合理选择这些方法。对于某些沉降要求高的工程,有必要对基坑周围的沉降进行实时监控,防止沉降进一步恶化。

3 地铁隧道盾构施工掘进造成地表沉降问题分析和解决措施

3.1 盾构施工过程中的土体位移引起的地表沉降

由于地铁隧道盾构施工掘进的工作原理是将盾构机前方的土体进行掘进并使之向前方或盾构机两旁移动,从而使盾构机后方产生隧洞形式,因此这种掘进方式也容易造成盾构机前方土体堆积过多从而引起地表隆起,和盾构机后方地表下沉的情况。简而言之,土体位移是产生地表损失或塌陷的关键所在。因此在地铁隧道的掘进施工过程中,相关人员应严格控制盾构施工掘进时的开挖出土量以及开挖尺寸等,并做好提前预测工作,如采取合理的措施来支撑盾构机后方的隧洞,以降低地表土体塌陷的可能性。

3.2 明确地铁隧道施工工序

在城市地铁隧道施工中,为了避免地表沉降问题的发生,施工单位应该针对复杂地质条件的特点,确定具体的隧道施工方案。1)确定隧道施工的开挖工序,对导洞及扣拱周边进行加固,并在加固完成之后,进行隧道的开挖处理,以增强地铁隧道施工的稳定性。如隧道施工之前,可以预测隧道施工所引发的地表沉降的问题,合理模拟隧道的支护力学效应,并通过二维接触单元对锚杆的受力状况进行研究,确定具体的隧道施工方案,保证隧道受力分布及现场试验规律的一致,为地铁隧道的稳定施工提供参考。2)在数值模拟及理性模型试验中,隧道施工单位应该对管线的影响因素进行分析,明确地面沉降控制参数,通过施工方案的监测和数据的控制,保持离心试验及现场测量反应的一致性,使施工阶段的管道处于安全状态,避免地表沉降现象的发生。3)在加固施工之后,需要明确隧道的开挖方案,科学选择支撑方案,使用小型导管进行超前的预先注浆施工,增强地铁隧道工程施工的稳定性。超前小导管使用中,为了避免围岩力学结构的改变,应该确定力学性能通过注浆加固,保证工程施工的稳定性,以更好提高支护结构的强度。

3.3 加强地层超前支护及加固

(1)深孔注浆方式采用WSS无收缩后退式深孔注浆,加强地层超前注浆加固,并使得土层透水性降低,而形成相对隔水层。侧壁注浆加固范围为初衬外轮廓向外2.5m纵向搭接长度1m。钻孔直径φ89,跟管钻机钻进成孔。注浆扩散半径0.5m。注浆管为φ50PVC管,长度根据实际加固范围确定。注浆浆液宜为水泥浆液。正式注浆前需在现场对各土层进行注浆试验,确定注浆量和注浆压力。注浆实验需要根据土层变化做相应调整,开挖面前方的围岩注浆压力一般控制在0.5~1.5MPa,从里向外逐渐减压。地层注浆加固后单轴抗压强度应达到0.6MPa。(2)注浆过程中需要及时将初期支护背后的空隙回填,保证上层覆土不会发生下沉。注浆过程必须紧跟开挖初支过程,注浆施工与初支成环的距离不超过3m。

3.4 盾构机偏移产生的地表沉降问题

在开展地铁隧道盾构施工掘进过程中,会发现由于盾构机在推进掘进工作时速度较快,使盾构机的油缸没有受到有效的控制,从而使盾构机发生偏移。因此,相关的专业人员应当在盾构机进行掘进施工时,及时有效的控制好盾构机的推进速度。另外,在整个地铁隧道的施工过程中,相关专业人员应定期对盾构机进行检查,检查内容包含盾构机的组件以及施工掘进参数调整等,以确保盾构机可以正常运行,并提高地铁隧道建设的施工质量和施工过程的稳定性。

4 结束语

在地铁隧道施工中,为了避免地表沉降现象的出现,施工单位应该系统分析复杂地质条件的特点,根据复杂地质对地铁隧道稳定性的影响,构建针对性的处理方案,以保证地铁隧道施工的稳步进行,提高地铁隧道施工的整体质量。地铁隧道施工单位根据需要分析引发地铁隧道的沉降原因,通过对隧道施工开挖工序的明确、暗挖、喷锚支护及注浆方案的完善,保证各项施工方案的稳步进行,以提升复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降处理的有效性,为城市地铁工程质量的提升提供参考。

参考文献:

[1] 朱永涛.饱和软土地层盾构始发冻结加固及稳定性研究[D].福建工程学院,2018.

[2] 张鹏.拱北隧道超大型曲线顶管管幕施工关键技术及理论研究[D].中国地质大学,2018.

[3] 黎宁.软土盾构隧道施工引起的地层变形与掘进参数分析[D].广西大学,2018.

[4] 李康.上软下硬复合地层盾构开挖面支护压力及地表位移研究[D].华南理工大学,2017.

[5] 司金标,朱瑶宏,季昌,周顺华.软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析[J].岩石力学与工程学报,2017,36(06):1551-1559.