浅埋小间距隧道开挖围岩变形及控制对策_工程管理

1、浅埋小间距隧道开挖围岩变形及控制对策采纳FLAC软件对地表有相对硬壳层的粉沙层中隧道开挖之后地层的变形机理进行模拟,通过分析隧道开挖后围岩变形的空间效应特性曲线,确定隧道开挖支护后引起的围岩变形的幅度和范围,找出隧道开挖最不利荷载工况和结构薄弱部位,为施工方案供应理论依据和决策支持。讨论表明,不同的施工挨次引发不同的施工力学状态,进而引起不同的施工力学效应,隧道开挖先后挨次不同对围岩区域、幅度的扰动也不同。以北京地铁某车站的实测为基础,分析了粉沙地层中隧道施工不同工序引起的各部分变形状况,进而提出了相应的工程措施。1 前言随着我国城市大规模地下空间开发利用的蓬勃进展,由地下工程开挖而引发的环境

2、问题(主要是指施工过程中由地层变形失控所引起环境灾难,包括地面建筑物、道路、管线等构筑物的损害)已成为城市现代化建设中的一个亟待解决的问题。因此,讨论城市地下工程开挖过程中地表沉降及围岩变形的有效掌握问题,对于隧道周边环境爱护具有非常重要的意义。其中,关于城市地铁开挖挨次的优化分析、围岩变形及掌握对策讨论是一个重要的讨论课题。由于城市地铁区间隧道洞群工程具有分期分部开挖、逐步形成洞室设计体型的特点,加之隧道围岩具有非线性力学特性,隧道施工导致隧道初期支护、主体结构和围岩的力学状态为不行逆的非线性演化过程。它的最终状态(或最终解)不是唯一的,而是与过程相关,或说是与围岩应力路径或应力历史相关的。

3、明显,隧道施工方案的确定以及优化就有一个过程的优化问题,在施工前进行动态施工力学的优化分析及围岩变形机理及对策讨论,以便实行合理的开挖挨次、适时有效的支护方案,结合信息化动态施工,确保施工及环境平安始终处于平安可掌握状态。2 工程概况某地铁车站位于北京宣武门内、外大街与宣武门东、西大街的交叉路口,四周地面建筑物主要有越秀饭店、庄胜崇光百货、中国图片社、市天主教爱国会南教堂,西北侧有一、二层低矮平房。暗挖距建筑物较近,车站施工对周边地面建筑物影响较大,见图1。 <CENTER</CENTER宣武门车站是一座全暗挖车站,车站采纳洞桩工法施工,风道、出入口通道及换乘通道采纳CRD工法施工

4、。车站宽24m,长189m,主要包括车站两端双层段、过既有地铁站单层段、车站两端双层风道、四条出入口通道及与既有车站进行换乘的四条换乘通道。车站断面见图2。横穿车站的地下构筑物主要有盖板河(其底板距车站双层断面顶部净距为1.77m)和既有环线车站(其底板与车站单层断面顶部净距为1.9m)。由于距离近,车站暗挖施工时应实行牢靠措施确保地下构筑物的正常使用和车站的施工平安。本站施工范围内热力、电力、上水、下水、煤气、电信等各种地下管线89条,均位于车站主体上方,进行暗挖作业时,需实行牢靠措施掌握沉降,保证环境平安。3 数值计算模型及结果分析3.1 计算模型及物理参数模拟计算中土体采纳Mohr-Co

5、ulomb模型,计算模型及网络划分见图3。 <CENTER</CENTER3.2隧道开挖布置隧道开挖布置如图4所示,施工开挖方案1施工挨次为1、2、3、4、5、6、7、8,施工开挖对比方案2挨次为4、1、3、7、6、8、2、5。 <CENTER</CENTER3.3计算结果(1)不同施工方案引起的地表沉降曲线如图5、图6所示。 <CENTER </CENTER从图5、6可以看出,由于开挖部位的不同,引起的地表变形存在明显的不同,如第一步开挖,方案1沉降槽中心约在-15m左右,而方案2沉降槽在5m左右。施工挨次不一样,开挖引起的地表累计沉降量也不一样,方案1累

6、计沉降量为36mm,而方案2累计沉降量为32mm。(2)方案1、2开挖引起围岩位移对比见表2。 <CENTER</CENTER <CENTER</CENTER如表2所示,隧道在开挖之后,不同方案随着开挖的进行,在隧道围岩中产生的位移场呈现非匀称、局部集中化状态。隧道底板两侧的部位围岩变形位移较大,在隧道顶、底板及两帮产生的位移量差异较大。由于受围岩的影响,伴随着隧道围岩岩性的非匀称变化,在围岩中产生的位移场呈现非匀称分布、非线性变化。隧道位移曲线呈现明显的各向异性变化特征。在隧道开挖后,隧道围岩中卸压范围也即释放应变能的范围较大,同样反映出隧道围岩的变形能主要是沿着围岩

7、局部弱化的部位扩展释放的。由表2中各图可以看出,开挖挨次不同,围岩的影响范围和影响幅度不相同,方案1引起的围岩变形幅度大而且影响范围大。3.4实测结果在实际施工中,优选采纳了方案2,实际量测的沉降结果如图7、图8、图9所示。 <CENTER</CENTER图7为一横向主断面分步累计沉降图,其中以每个小导洞通过该断面作为一步。图8为8个小导洞全部通过后的5条纵向主体地表的累计沉降分布曲线。图9为典型测点累计沉降历时曲线图。由图7、图8、图9的实际量测结果综合分析可以得出地表沉降的如下特点: 导洞施工阶段,车站上方地表累计沉降平均为35mm左右,累计沉降最大为46.91mm。位于车站K

8、7+780右中导洞上方,受导洞开挖影响,地表沉降速率最大时为-3.8mm/d,导洞全部开挖完成后地表沉降已趋于稳定。 依据地表纵向累计沉降图,施工通道及盖板河上方四周区域地表沉降较小,车站里程K7+765+785、K7+800+825段地表沉降较大。主要缘由为施工通道部位土质主要为粘土层,自稳力量较好,而沉降较大的两个区域主要为粉质沙土层,自稳力量差,且该段地层内管线分布较多,局部渗水较严峻。K7+800+825段更是位于导洞扩大段,且其上部土层主要为人工杂填土,空洞较多。 依据地表横向分步累计沉降图,导洞施工导致地表沉降的范围为车站中线左右25m范围之内,导洞沉降主要发生在导洞正上方,车站中

9、线12m外,地表累计沉降即快速减小。 依据地表测点累计沉降历时曲线图,测点累计沉降主要发生在导洞开挖通过测点的阶段;洞内挖孔桩施工对地层变位影响较小,期间地表沉降速率约为0.1mm/d,但持续时间较长。4 施工掌握对策4.1 超前注浆预加固由于该隧道处于细砂及砂卵石层中,导洞开挖之前,必需对导洞拱部进行注浆加固。注浆采纳酸性水玻璃,施工时留意酸性水玻璃凝固的时效性。4.2超前大管棚上导洞处于砂层,采纳121大管棚进行超前支护。大管棚采纳夯管锤夯进,先夯后取土,并预留注浆孔,注水泥浆对地层加固。下导洞处于砂卵石层中,采纳超前小导管注浆加固。4.3掌握施工步序拱部环形开挖预留核心土,上台阶掌握3m

10、左右,下台阶紧跟,准时封闭成环。初支成环后准时背后注浆回填,削减岩层二维应力持续时间,缩短三维应力形成 时间。尽快达到新的应力平衡。相邻上下导洞间错开15m左右距离,减小相互间因开挖而造成的影响程度。4.4信息化动态施工以往的理论讨论和施工实践均表明,在地下工程施工过程中,地层应力状态的转变将直接导致结构产生位移和变形,同时也会对地表及周边环境造成肯定的影响。当这种位移和影响超出肯定范围,必定对结构产生破坏,并影响到上方地表和接近建筑的平安使用。充分发挥监测的指导作用,依据监控量测数据的变化状况,准时调整施工组织及工序,使施工处于平安状态。5 结语 隧道施工导致隧道初期支护、主体结构和围岩的力学状态为不行逆的非线性演化过程,它的最终状态(或最终解)不是唯一的,而是与过程相关。地表沉降槽是随施工方案不同而不同,沉降槽中心随开挖部位先后的不同而不同。 由于开挖挨次不一样引起的地表沉降量和沉降槽的宽度也不一样,在施工过程中应选择合理的施工方案,有利于爱护隧道上部建筑物、管线等,同时还要实