PDF《盾构掘进对隧道周围土层扰动的理论与实测分析》

第22 卷第9期岩石力学与工程学报 22(9):1514~1520

2003 年9月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sep.

,2003

2001 年12 月24 日收到初稿,2002 年2月22 日收到修改稿. 作者 蒋洪胜 简介:男,1966 年生,博士,1985 年毕业于山东建筑工程学院工业与民用建筑专业,现任副教授,主要从事岩土工程与软土地下结 构工程的理论与实践方面的教学和研究工作. 盾构掘进对隧道周围土层扰动的理论与实测分析 蒋洪胜 侯学渊 (山东建筑工程学院土木工程学院 济南 250014) (同济大学地下建筑与工程系 上海 200092) 摘要 在城市环境中,如何控制地层移动以保证隧道周围临近建筑物以及地下市政设施等的安全,是设计以及施 工中必须考虑的主要问题.通过对盾构施工对地层扰动的一般性状的分析认为,地层的移动在盾构隧道周围呈现 区域性的不同特征,而且随工作面压力的不同,各扰动区域间的分界面发生变化.另外,由于已有地下污水管道 自身具有一定的刚度,它的存在对盾构掘进引发的地层移动产生一种遮拦作用而使地层移动特征发生变化.以上 海地铁二号线工程为工程背景,通过在地下污水管道周围的地层中测定地层的超孔隙水压力和土层的移动(包括地 层的分层沉降以及地层在两个方向的水平位移),研究了盾构法隧道穿越地下污水管道时盾构推进与地层移动的相 关性.研究表明,在盾构掘进接近、穿越以及远离测孔区

3 个施工阶段,隧道周围不同区域的土层呈现出各自不 同的移动特征. 关键词 土力学,盾构掘进,软粘土,污水管道,地层移动,孔隙水压力 分类号 U 451,U

452 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)09-1514-07 THEORETICAL STUDY AND ANALYSIS OF SITE OBSERVATION ON THE INFLUENCE OF SHIELD EXCAVATION ON SOFT CLAYS AROUND TUNNEL Jiang Hongsheng1 ,Hou Xueyuan2 (1 Department of Civil Engineering,Shandong Architecture and Engineering College, Jinan

250014 China) (2 Department of Geotechnical Engineering,Tongji University, Shanghai

200092 China) Abstract The main issue considered both in the design and construction in the urban environments is controlling of the ground movement to keep the safety of building adjacent to tunnel and the various underground municipal facilities. The general analysis on the ground disturbance caused by shield excavation shows that the movement of soil around the shield tunnel presents deferent regional characteristics,and the interfaces of various disturbed zones change with the magnitude of pressure on the working face. As the existing underground drainage pipe itself is of given rigidity,the sheltering will affect soils,and may change their moving characteristics. Based on the tunneling of Shanghai Metro Line No.2 in the ground beneath the drainage pipe,by surveying the pore water pressure,ground movement which includes the soil layer settlements,the horizontal soil displacements in two directions in field,the co-relationship between the ground movement and tunneling is studied. The study shows that,while the shield approaching,crossing and leaving the surveying zone,the ground movements in different zone around the Metro Tunnel present respective characteristics. Key words soil mechanics,shield tunneling,soft clay,drainage pipe,ground movement,pore water pressure 第22 卷第9期蒋洪胜等. 盾构掘进对隧道周围土层扰动的理论与实测分析 ?

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1 引言盾构施工法多数应用在自立性较差的地层中. 不论采用哪种开挖方式,都会使开挖面附近地层应 力状态发生变化,特别是所产生的剪应力增量,当 其超过地层的抗剪强度时,开挖面就会发生崩塌. 而开挖面的不稳定将导致过大的地表沉降.地面沉 降达到一定程度时,就会影响周围地面建筑、地下 设施和隧道本身的正常使用.在需要控制地层移动 的地区,进行盾构隧道设计和施工,必须了解地层 移动规律, 尽可能准确地预测沉降量、 沉降范围等, 并分析影响沉降的各种因素,以便在设计和施工中 采取减少地层移动的措施. 关于盾构施工对地层移动的预测方法,以前较 多依赖于几何学方法,如Bringgs,Rozsa,Peck, 村山松岗等人的方法,后来发展有吉越,Jeffery 等 人的方法[1] ,但考虑的还是单一的地层条件.在上 海地区的地铁建设过程中, 大多采用 Peck 公式来进 行预测.该法假定地层损失在隧道长度方向均匀分 布,地面沉降的横向分布似正态分布曲线,并建立 了相关的计算公式.该法的基本假定是地面沉降是 在不排水的情况下发生的,沉槽的体积应当等于地 层损失.可见,欲计算沉降量,必须估计出地层损 失量.事实上,地层损失量与盾构机械、施工方法、 地层条件、地面及地下环境、施工管理等有关,欲 正确估计是有困难的.因此,应当本着"理论导向、 测试定量、经验判断"的原则,结合本地区施工条 件,进行长期监测数据的收集、整理与分析,建立 一套适用的计算方法以指导工程实践.