岳楹沁 李輝
摘要:本文以北京地鐵7號(hào)線工程某盾構(gòu)區(qū)間為依托,運(yùn)用理論分析并結(jié)合工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)盾構(gòu)始發(fā)出洞后,即刻下穿鐵路專用線、廠房所引起的地表沉降進(jìn)行綜合分析,總結(jié)出盾構(gòu)整體始發(fā)、分體始發(fā)并下穿地面復(fù)雜環(huán)境對(duì)地表變形的影響規(guī)律。
關(guān)鍵詞:盾構(gòu)始發(fā);復(fù)雜環(huán)境;地表沉降
1前言
隨各城市地鐵網(wǎng)絡(luò)初具規(guī)模,越來越多新建地鐵車站不得不選在周邊環(huán)境復(fù)雜,地面建構(gòu)筑物密集區(qū)域,為避免車站暗挖大跨斷面施工的風(fēng)險(xiǎn),仍采用明挖施工,而連接站點(diǎn)的區(qū)間常采用暗挖法施工,由于盾構(gòu)施工對(duì)周邊環(huán)境影響較小而廣泛采用,因此復(fù)雜地面環(huán)境下,盾構(gòu)始發(fā)出洞就須下穿重要建構(gòu)筑物,極易引起地面沉降[1][3],帶來風(fēng)險(xiǎn)隱患。
2地面沉降實(shí)測(cè)分析
2.1區(qū)間概況
北京地鐵7號(hào)線工程某盾構(gòu)區(qū)間位于朝陽區(qū)東四環(huán)外,區(qū)間全長(zhǎng)955m。采用一臺(tái)海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工,盾構(gòu)管片外徑6m,內(nèi)徑5.4m,每環(huán)管片長(zhǎng)1.2m,厚0.3m,先推進(jìn)右線,轉(zhuǎn)場(chǎng)后繼續(xù)推進(jìn)左線,左右線分別從車站西端盾構(gòu)井始發(fā),右線受盾構(gòu)井東側(cè)結(jié)構(gòu)施工的影響,采用分體始發(fā),左線施工時(shí)盾構(gòu)井東側(cè)結(jié)構(gòu)施工已完成,故采用整體始發(fā)。盾構(gòu)始發(fā)段100m范圍內(nèi),需下穿鐵路專用線(距離始發(fā)端5.9m)、兆豐陶瓷廠(距離始發(fā)端20m),隧道拱頂埋深11m~12m,線路縱坡10.9‰,盾構(gòu)推進(jìn)方向?yàn)橄缕?,在平面上位于直線段,盾構(gòu)始發(fā)段與鐵路及廠房關(guān)系如圖1
圖1 下穿段平面示意圖
隧道穿越段自上而下土層分別為①粉土素填土;③粉土; ③3粉細(xì)砂;③粉土; ③1粉質(zhì)粘土;④3粉細(xì)砂;⑥2粉土,洞身均位于④3粉細(xì)砂層中,如圖2
圖2下穿段縱斷面圖
2.2線路加固方案
盾構(gòu)始發(fā)前采用旋噴樁、袖閥管對(duì)周邊地層進(jìn)行加固,加固區(qū)分兩部分,一為起限制隔離作用(旋噴加固區(qū)),一為增加線路上方土體承載力及抵抗變形能力(斜孔注漿加固區(qū))。
圖3線路加固剖面圖
2.3現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方案
本次監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如下:
鐵路路基沉降測(cè)點(diǎn):垂直盾構(gòu)掘進(jìn)方向設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,每個(gè)斷面設(shè)16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),共32個(gè)測(cè)點(diǎn)。
地表沉降點(diǎn):沿盾構(gòu)推進(jìn)方向每30m設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
廠房基礎(chǔ)沉降測(cè)點(diǎn):沿廠房每20m設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。(圖4)
圖4 測(cè)點(diǎn)平面圖
2.4盾構(gòu)始發(fā)地面沉降變形分析
(1)盾構(gòu)右線分體始發(fā)沉降分析
本工程右線施工受場(chǎng)地影響,盾構(gòu)采用分體始發(fā),于2012年11月26日開始掘進(jìn),分體始發(fā)掘進(jìn)共85m,先后下穿鐵路專用線、廠房,于廠房西側(cè)空地內(nèi)盾構(gòu)后配套全部下井開始整體始發(fā)(12月10日),分體始發(fā)到整體始發(fā)共歷時(shí)15天。
A11點(diǎn)為土體加固區(qū)地表沉降測(cè)點(diǎn),盾構(gòu)施工前該部分土體已完成加固,受土體改良影響地表沉降明顯得到抑制,最大沉降值約4.39mm,并于12月10日盾構(gòu)整體始發(fā)后趨于穩(wěn)定。J14、J11、J08、J05為沿線地表測(cè)點(diǎn),11月26日至12月8日,沉降發(fā)展較快,12月9日出現(xiàn)地表最大沉降值14.23mm(J05點(diǎn)),之后沉降基本穩(wěn)定,見圖5
圖5右線地表沉降
(2)盾構(gòu)左線整體始發(fā)沉降分析
本工程左線施工時(shí)已具備盾構(gòu)下井條件,故采用整體始發(fā)于2013年4月2日開始掘進(jìn),穿越鐵路專用線、廠房段共歷時(shí)10天于4月12日到達(dá)右線整體始發(fā)位置。
A06點(diǎn)為土體加固區(qū)地表沉降測(cè)點(diǎn),盾構(gòu)施工前該部分土體已完成加固,受土體改良影響地表沉降明顯得到抑制,最大沉降值約3.11mm。J16、J10、J07、J03為沿線地表測(cè)點(diǎn),4月2日至4月12日沉降發(fā)展較快,4月14日出現(xiàn)地表最大沉降值17.9mm(J03點(diǎn)),之后各點(diǎn)沉降基本穩(wěn)定,見圖6
圖6左線地表沉降
3地面沉降模擬計(jì)算分析
模擬中建立隧道實(shí)體模型。開挖中通過對(duì)各單元網(wǎng)格鈍化,來模擬盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。在每個(gè)掌子面開挖前施加均勻壓力,來模擬盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)壓力。對(duì)注漿模擬,計(jì)算中引入等代層概念[2],模擬盾尾注漿。通過對(duì)等代層實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分,定義等代層注漿材料特性。計(jì)算中激活全部土體,添加自重荷載,作為計(jì)算模型初始狀態(tài)。隨后盾構(gòu)隧道開挖面施加掘進(jìn)壓力,模擬盾構(gòu)機(jī)頂推力,鈍化開挖范圍內(nèi)土單元及注漿單元,同時(shí)激活同一位置襯砌單元。對(duì)盾構(gòu)整體始發(fā)與分體始發(fā)模擬,主要通過調(diào)整單位時(shí)間內(nèi)開挖進(jìn)尺長(zhǎng)度的辦法,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同始發(fā)狀態(tài)下盾構(gòu)掘進(jìn)所引起圍巖變形趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。
圍巖變形分豎向變形與橫向變形兩種,豎向變形主要考慮拱頂變形和地表變形兩種情況,拱頂變形過大會(huì)使支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大和影響圍巖穩(wěn)定性,而地表沉降則是對(duì)地表環(huán)境產(chǎn)生影響。
4結(jié)論與建議
通過施工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬,分析盾構(gòu)始發(fā)段地表沉降規(guī)律及圍巖位移分布變化情況,得結(jié)論及建議如下:
(1)始發(fā)段地基加固至關(guān)重要,盾構(gòu)洞門打開后能防止洞口掌子面坍塌以及掘進(jìn)過程中的水土流失,從而有效的抑制地表沉降;(2)始發(fā)段臨近建構(gòu)筑物,合理的土層加固措施,對(duì)于變形控制具有較明顯的效果;(3)盾構(gòu)整體始發(fā)與分體始發(fā)對(duì)于地表沉降的影響主要在于施工中的過程控制,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示分體始發(fā)時(shí)的地表沉降略大于整體始發(fā)階段;(4)從地表沉降的發(fā)展趨勢(shì)看,砂質(zhì)粉土地層沉降主要產(chǎn)生于施工過程中,地面沉降從產(chǎn)生到穩(wěn)定的時(shí)間較短(10~15d),盾尾脫出后6~8天沉降基本呈穩(wěn)定趨勢(shì),后期沉降變化非常小。結(jié)果表明在砂質(zhì)粉土地層中施工引起的短期沉降量較大,長(zhǎng)期固結(jié)沉降量較小。
參考文獻(xiàn)
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