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盾构隧道施工对已有道路和地铁变形影响性评估

 


(成都市建工质量检验测试站)
(成都市建筑设计研究院)
(中节能建设工程设院有限公司)

0引言
    随着城市地下空间的发展,地下管线的交错复杂明显,既有管线、地铁区间及建(构)筑物的净距日益减小。为了保障既有结构的安全,影响性评估是在大部分城市建设中必须涉及的领域,是为了将得到的位移的结果与实测值进行比对,从而更好地判断位移趋势。目前连续介质有限元可以有效地考虑围岩施工扰动对于周边土体的影响。本模型计算在各工况下地铁大小和分布。对整体结构采用了连续介质有限元法进行计算分析,考虑土体、结构之间的相互作用,将它们作为一个整体考虑。
1概况
1.1工程概况及现场实测概况
    该工程位于成都市人民南路三段。项目通道基底埋深约10.0m。通道采用盾构施工,长度约56m,通道外轮廓为宽6m、高4.5m的圆角矩形断面;通道两端西侧出入口采用明挖法施工。过街通道将上跨地铁1号线既有盾构隧道。通道与地铁隧道左右线净距分别为3.08m、3.21m。
    通过监测手段,掌握川大华西校区过街通道施工期间地表道路及地铁1号线隧道变形情况,此次监测时段为盾构机刀盘入洞至出洞全时段,地面道路监测点如图1所示,分别在始发井、辅道、主车道布置测点。对地面水平及竖直变形进行监测。对地铁隧道的监测项目主要包括道床沉降、结构水平和竖向位移、道床差异沉降,测点布置为DM1DM10,如图2。
1.2工程模型信息
    本文采用三维实体模型进行计算分析,由圣维南原理,充分考虑盾构施工的影响范围,约定范围的边界。据通道埋深约10m,地铁左右隧道与上方新建过街盾构隧道净距分别为3.08m、3.21m,同时考虑过街隧道全长56m,隧道围岩边界取长60m、高25m,模型底部采取固定约束边界,四面分别采用x,y水平向约束,模型采取六面体实体单元的形式,为了保证网格划分的疏密有致,过街隧道及地铁隧道单元尺寸为1m,土体围岩为2m,共计单元数量约为40000。模型如图3所示。
 
 
    结构体、过街隧道管节及地铁隧道管片采用2D板单元模拟,考虑到管节幅宽1500mm,通道管节模拟为1.5m/环的形式,共计38环。内部结构如图4所示。
 
2相关物理学指标有限元计算参数见表1
 
3盾构隧道施工地表变形的主要因素分析和计算需要考虑因素
3.1盾构隧道施工地表变形的主要因素分析
    综合合国内外费亍工择经验5造成地表沉降的主要原因是盾构法施工过.程中产生的地层,损失引起地层移动,盾构法施工中引起地层移动的因素有:
    ①开挖面土体的移动t盾构掘进时,开挖面土体的松动和崩塌,破坏了原来地层应力平衡状态导致地层沉降或隆起。
    ②盾构法施工中盾构后退,使开挖面塌落和松动引起地层损失而产生地表沉降,采用降水疏干措施时土体有效应力增加,再次引起土体面结变形;
    ③盾売移动与地.层间的摩擦和剪切作用,引起地层损失;
    ④在水压力的作用下隧道衬砌产生变形,会引起小量的地层损失。
    由多年的工程实践经验可知,盾构推进引起的地层移动除与上述有关因素外,还导盾构直径、形状、埋深、土质、盾构施工情况筹直接相关,其中隧线型、形状、盾构外径、埋深等设计条件和土的强度、变性特性、地下水位分布等地质条件是客观因素;而盾构的型式、辅助施工方法、衬砌壁后柱浆、施工管理等情况是主观因素。
3.2本工程变形计算需要考虑四个因素
    本项目盾构施工引起地面变形计算需要考虑的因素:正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力及土体损失对地铁还应考虑过街隧道卸荷引起土体虚力改变产生变形。在计算地面变形时,均可利用弹性力学的Mindlin推导求解。单纯考虑地面变形Sagaseta的计算方法也是相对可行的/其计算方法是用绝对位移作为变暈,假定土体是无限介质,采用一个镜像源来消除虚拟边界条件。假定土体损失体积等于地面沉降槽的体积来求解变形。
4计算结果
    路面水平向位移及竖向位移见表2。最终水平和竖向变形计算云图如图5、图6所示。
 
 
    对地铁测点1~5进行结果统计可知,水平向变形在施工前期变形量较为明显,后期趋于稳定。最大水平变形值为0.63mm,对比实测值,最大值0.61mm,整体趋势相吻合,如图7。
 
 
    对地铁测点1~5进行结果统计可知,竖直直向変形在施工前期变形较为稳定,在施工中期沉降变形值较为明显,最大竖直变形值为0.65mm对比实测值最大值0.71mm整体趋势相吻合。
地铁不均匀沉降值如图10、图11所示。
 
    选取测点9-3、9-4进行断面左右差异沉降值统计,如图10所示。随着施工步的推进,地铁左右不均匀沉降趋势逐渐增大,推进至近地铁处差异沉降值趋势增大,最大值约为0.2mm对比实测值,最大值0.55mm,整体趋势相吻合。
    选取测点9-3、10-3测点进行地铁纵向差异沉降值统计,如图11所示。随着施工步的推进,地铁纵向不均匀沉降趋势逐渐增大,推进虽然地铁处差异沉降值趋势增大,最大值约为0.38mm,对比实测,最大值0.44mm,整体趋势相吻合。
5结论
    1)盾构施工引起的地表沉降是由多种因素导致的,它既与地层情况、土层性质、地下水、隧道的埋深及截面特性等客观因素有关,也与施工方法、技术水平等密切相关。
    2)监测结果表明、即使地层情況相同,但采用的施工方法即控制节点质量不同,相应变形也会有很大差异因此岩土程施工采用信息施工法,必要时调整相关措施方案。
    3)随着盾构不断推进,道路的变形虽不断加大状态,且变形速率加大。施工对于主道的变形影响小于两侧辅道,盾构施工的中后期,道路变形影响变小,变形趋于稳定。
    4)施工对下方地铁管线的变形影响较为明显,从测点的水平变形数据可知,当盾构至15环左右,即到达地铁左管线正上方时,管线水平向变形最大,此后变形速率逐渐放缓;当推进至部25环左右即到达地铁右管线正上方时,管线的竖向变形和不均匀变形都达到最大值,此时,应采取一定的加固方案,严控施工质量。
文章来源:(中国知网)

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