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在城市地铁工程的修建中,盾构法隧道施工技术以其独有的智能化、安全、快捷等特点与优势,越来越得到广泛的推广和应用。与明挖法和暗挖法相比,它具有自身稳定性好,对地面影响较小等特点。但城市地铁盾构施工是在岩土体内部进行的,无论其埋深大小、盾构的施工将不可避免地扰动土体,破坏了原有的平衡状态,而向新的平衡转化。无论盾构隧道施工技术如何改进,由于施工技术工艺质量及周围的环境和岩土介质的特点,其施工引起的地层移动是不可避免地,地表沉降过大时,会影响到盾构隧道的安全施工和地表建筑物的正常使用。故采用盾构法修建地铁等城市地下工程时,如何控制因开挖造成的地表沉降,是盾构法施工的一个非常重要的问题。
针对天津地铁盾构法施工地铁隧道引起的地表沉降这一课题,结合施工现场情况,科学合理地布置施工沉降观测点,及时反馈,并结合理论计算,找出发生地面沉降的规律,得出控制沉降的有效方法,使地面沉降量力求最小,以保护地面建筑物和地下管线的免受破坏。
通过分析和研究,本文得出以下主要结论:
(1)盾构施工引起的地表沉降产生的因素是很多的,它既与地层情况、土(岩)的性质、地下水、隧道的埋深以及截面特性等客观因素紧密联系,也与施工的方法、技术水平等主观因素密切相关。监测与计算结果均表明,初始应力状态改变造成的土层变形、地层损失所造成的固结变形均是引起地表沉降的主要因素。即使地层情况相同,只要采用的施工方案和质量不同,相应的地表沉降情况也会有很大的差异。施工因素(如开挖时的土压平衡压力)对地表沉降有着重要的影响。因此,在盾构法施工中,应当加强监测和信息反馈,并及时调整施工方案。
(2)Peck公式的成立的前提是假设沉降槽是正态分布和严格对称的,但是由天津地区的监测资料中可以看到,结果并不是特别服从于此假设,实际的沉降槽只是近似服从正态分布。
(3)天津地区地铁隧道施工中使用的盾构技术产生的地表沉降过程可分为三个阶段。每一阶段所产生的地表沉降量所占总沉降量的比重是不同的。以盾构机是否通过监控面为标准,在通过前地表的沉降仅占总沉降量的4~16%,在通过中所产生的沉降占总沉降量的45%~50%,盾构机通过后的沉降占40~45%。
(4)通过归纳、总结,本文提出了天津地区盾构法隧道施工引起的地表最大沉降量和地表沉降槽的预测公式。而且,从回归曲线的方程和拟合所得的结果,得到地表沉降槽的预测计算公式。