盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響.docx

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盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)的影響特性及控制措施 摘要：盾構(gòu)施工過(guò)程中引起的地表沉降與變形地下管線變化及對(duì)地面建筑物的影響是造成環(huán)境安全的主要問(wèn)題，為保證盾構(gòu)施工中地面變形達(dá)到最小地下管線和地面建筑物不遭到破壞必須采取有效的地面沉降控制技術(shù)以及地面建筑物和地下管線的保護(hù)技術(shù)。 關(guān)鍵詞：土體變形、地表沉降、控制變形 一、盾構(gòu)對(duì)周圍環(huán)境的影響 （一）盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)周圍土體的影響 1、土體變形特點(diǎn)： 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)引起土體中產(chǎn)生應(yīng)變 , 表現(xiàn)為地表沉降和側(cè)向變形 。地表沉降由五部分組成： ① 盾構(gòu)到達(dá)前地表沉降 (δ1) , 是由于盾構(gòu)掘進(jìn)引起土體應(yīng)力狀態(tài)改變?cè)斐傻?, 主要是由于超孔隙水壓產(chǎn)生 , 有效應(yīng)力降低 , 一般表現(xiàn)為地表隆起 ; ② 盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的地表沉降 (δ2) , 是由于開(kāi)挖面上的平衡土壓力引起的 , 通常用超載系數(shù) N=σ0-PCμ表示開(kāi)挖面上壓力對(duì)地表沉降的影響 , 超載系數(shù)與地層損失有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ; ③ 盾構(gòu)通過(guò)時(shí)的地表沉降 (δ3) ,是由于盾構(gòu)與土層之間的摩擦剪切力 , 以及盾構(gòu) “ 抬頭”和 “ 叩頭”引起的 ; ④ 盾構(gòu)通過(guò)后脫出盾尾時(shí)的地表沉降 (δ4) , 是由于 “建筑空隙”和應(yīng)力釋放引起的 ; ⑤ 盾構(gòu)通過(guò)后長(zhǎng)期固結(jié)沉降 (δ5) , 是由于土體受盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng) , 土體再固結(jié)引起的。通常將前四項(xiàng)地表沉降的總和(i=14δi)稱為即時(shí)地表沉降 。 即時(shí)地表沉降大小可以通過(guò)優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)加以控制 ,即時(shí)地表沉降的大小反映了盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)對(duì)周圍土體影響大小 , 即時(shí)地表沉降越大 , 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)周圍土體的影響越大 , 即時(shí)地表沉降是衡量盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)周圍土體影響的標(biāo)準(zhǔn)之一。 盾構(gòu)通過(guò)后長(zhǎng)期固結(jié)沉降是由于盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)土體擾動(dòng)引起的 , 盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)土體擾動(dòng)越大 , 盾構(gòu)通過(guò)后長(zhǎng)期固結(jié)沉降越大。盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表即時(shí)沉降反映了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)土體影響程度。 2、土體變形范圍 根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)土體的位移方向可以得到盾構(gòu)工作面前方的兩類剪切破壞面 , 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)工作面前方土體擾動(dòng)范圍 L 的理論值由這兩類剪切破壞面控制。當(dāng)水平方向是大主應(yīng)力方向 , 即土體位移方向遠(yuǎn)離工作面 , 地表隆起 。此時(shí) , 土體擾動(dòng)范圍 L的理論上限值為 L = Htan (45 + φ / 2) (1) 式中 H 是隧道軸線埋深 , φ 是土體的內(nèi)摩擦角 。 當(dāng)水平方向是小主應(yīng)力方向 , 即土體位移方向朝著工作面 , 此時(shí)土體擾動(dòng)范圍L理論下限值為 L = Htan (45 - φ / 2) (2) 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí) , 垂直于隧道軸線方向地表擾動(dòng)范圍 W 理論值也分兩種情況 : ①盾構(gòu)通過(guò)時(shí) , 盾構(gòu)擠壓土體向兩側(cè)移動(dòng) , 地表土體擾范圍W理論上限值為 W = R + Htan (45 + φ / 2) (3) 式中 R是隧道的半徑 , H是隧道軸線埋深 ,φ是土體的內(nèi)摩擦角 。 ② 盾構(gòu)通過(guò)后 , 由于建筑空隙 , 土體向隧道中心移動(dòng) , 此時(shí)地表土體的擾動(dòng)寬度 W 理論下限值為 W = R + Htan (45 - φ / 2) (4) （二）對(duì)建筑物沉降影響 在盾構(gòu)正常掘進(jìn)地段 ,建筑物的沉降形式與地表沉降一致 ,最大沉降發(fā)生在盾尾脫出管片階段 ,在主要沉降影響區(qū)的房屋 ( 在盾構(gòu)隧道軸線兩側(cè) 3 m 范圍 ) 沉降大 , 主沉降區(qū)的房屋沉降一般在 - 15 . 0 ～- 25 mm; 在主沉降區(qū)外的房屋沉降小 , 沉降值小于- 10 mm ,距隧道軸線較遠(yuǎn) ( 10 m 以上 ) 地段 , 盾構(gòu)掘進(jìn)基本對(duì)房屋沒(méi)有影響 , 其沉降變化量在 - 4 mm 以下 。 另外 ,基礎(chǔ)剛度較大的房屋沉降相對(duì)較小 ,且比相應(yīng)位置的地表沉降略小 。在特殊地段如：軟流塑淤泥質(zhì)地層為高壓縮高靈敏度地層 ,對(duì)擾動(dòng)敏感 ,在房屋荷載和盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)的作用下 ,地層產(chǎn)生壓縮再固結(jié)沉降 ,地層后期變位大 。 而且在這種地層 , 盾構(gòu)姿態(tài)和掘進(jìn)控制難度增大 ,同步注漿對(duì)控制變位的影響減弱 ,主要是地層呈流塑狀時(shí) ,盾尾空隙不能完全由漿液充填 ,部分被淤泥充填 ,因而沉降可能更大。 （三）對(duì)地下管線的沉降影響 隧道周圍地下管線主要有煤氣管 、 給水管 、 排污管 。 與隧道正交的橫斷面沉降基本呈正態(tài)曲線分布 ,與盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表橫向沉降槽相適應(yīng) ,在地下管線埋深較淺時(shí) , 也可以地表沉降來(lái)代替地下管線的沉降 。且此時(shí)地下管線的沉降長(zhǎng)度較小 。管線在盾構(gòu)掘進(jìn)主要影響區(qū)內(nèi)的管線沉降大 , 主影響區(qū)外沉降小。 （四）對(duì)交通及周圍景觀的影響 盾構(gòu)多在地面主干道路下穿行,因此,盾構(gòu)施工可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)地面交通和景觀的影響,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)盾構(gòu)施工產(chǎn)生的地表隆沉可能會(huì)影響地面車輛的行駛; (2)盾構(gòu)工作井區(qū)域內(nèi)的施工活動(dòng)如行車的移動(dòng)、管片的堆放等均需占用一定的場(chǎng)地,從而不可避免地會(huì)影響到交通的運(yùn)行; (3)地鐵多在城市繁華地段穿行,因此,盾構(gòu)施工時(shí)對(duì)城市景觀尤其是對(duì)市民或游人的視覺(jué)也會(huì)造成一定程度的影響。 二、對(duì)周圍環(huán)境影響的控制措施： （一）地面沉降控制技術(shù)： (1)地表沉降歸根結(jié)底是由于盾構(gòu)施工對(duì)土體的擾動(dòng),因此為減小地表沉降,就必須減小盾構(gòu)施工對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。因此研制并采用更先進(jìn)的盾構(gòu)就成為必然的選擇。研制具備自適應(yīng)能力的盾構(gòu)施工參數(shù)控制系統(tǒng)(即根據(jù)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整施工參數(shù))就成為減小盾構(gòu)施工對(duì)土體擾動(dòng)的有效措施。 (2)盾構(gòu)推進(jìn)軸線盡量與隧道設(shè)計(jì)軸線保持一致。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)要及時(shí)糾偏,并且一次糾偏量應(yīng)控制在5mm內(nèi),并研制采用自動(dòng)糾偏系統(tǒng)。 (3)盾尾建筑空隙及時(shí)注漿,并采用結(jié)硬性、流動(dòng)性較好且收縮性小的同步注漿漿液。 (4)正確選擇盾構(gòu)機(jī)型，保持開(kāi)挖面穩(wěn)定。 (5)提高管片的抗?jié)B能力。 管片滲漏水也是導(dǎo) 致地表沉降的主要原因,這是因?yàn)? 第一,地下水位下降,土中有效應(yīng)力增加,從而土體固結(jié),引起地表 沉降; 第二,地下水流動(dòng)使得土中細(xì)小顆粒(尤其在砂性土中)產(chǎn)生移動(dòng),土顆粒間空隙受到壓縮,從而導(dǎo)致地表沉降。因此,為提高管片的抗?jié)B能力,需采取“三合一”方式即設(shè)計(jì)-施工-維護(hù)保養(yǎng)三階段統(tǒng)一考慮,綜合解決。 (6)保證盾構(gòu)施工連續(xù)，防治盾構(gòu)停置 （二）對(duì)周圍構(gòu)筑物和地下管線的的保護(hù)技術(shù): （1）編制合理的施工方法，控制隧道軸線，優(yōu)化匹配。 （2）提前采取預(yù)防措施,比如對(duì)將要影響到的構(gòu)筑物進(jìn)行加固,提高其抵抗變形的能力,或者設(shè)置隔離墻(樹(shù)根樁、鋼板樁、攪拌樁或連續(xù)墻等),截?cái)嘤绊懺? （3）重視對(duì)周圍建筑物尤其是重要建筑物的變形監(jiān)測(cè)，信息化施工指; （4）事后采取補(bǔ)救措施,即根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取注漿等方式對(duì)盾構(gòu)施工影響到了的構(gòu)筑物進(jìn)行糾偏。 具體采取哪種措施要根據(jù)構(gòu)筑物的重要程度、結(jié)構(gòu)形式、與隧道的距離、施工場(chǎng)地條件等進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定。 三、結(jié)束語(yǔ) 盾構(gòu)對(duì)周圍環(huán)境的影響是不容忽視的,盡管由于技術(shù)的改進(jìn),其推進(jìn)起的沉降是目前地下工程施工引起較小地層移動(dòng)的方法。盾構(gòu)各階段引起地表沉降具有較大的變異,主要取決于 地層條件、盾構(gòu)施工技術(shù)及周圍環(huán)境。控制對(duì)周圍環(huán)境的變形影響對(duì)地鐵隧道建設(shè)具有十分重要的意義。 四、參考文獻(xiàn) [1]地鐵隧道盾構(gòu)法施工對(duì)環(huán)境的影響研究；黃秋成等 [2]地鐵盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)對(duì)周圍環(huán)境影響的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究；陳福全等 [3]外灘觀光隧道盾構(gòu)施工的擾動(dòng)分析；徐永福等 [4]天津地鐵盾構(gòu)施工及環(huán)境保護(hù)；蔣冰玉等 [5]盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響及防治措施分析；謝新生等 [6]盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；黃宏偉等