盾構(gòu)擴(kuò)挖地鐵車站地層與建筑物變形規(guī)律及控制研究.pdf

1、當(dāng)今，在城市里面修建地鐵車站，由于周圍環(huán)境條件的限制，城市地鐵大多要在復(fù)雜條件下修建，高樓林立、管線密集，傳統(tǒng)的修建地鐵車站施工方法受到約束，在這種情況下結(jié)合國(guó)內(nèi)工程實(shí)際，提出在盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)挖的方法修建地鐵車站。這樣不僅可大幅縮短盾構(gòu)的停機(jī)等待時(shí)間，確保施工期間的安全，也很好的解決了多年來(lái)城市地鐵盾構(gòu)不具備設(shè)置接收井的復(fù)雜條件下如何修建地鐵車站、同時(shí)又提高地鐵盾構(gòu)一次掘進(jìn)效率的難題。
　　本文以廣州地鐵六號(hào)線東山口車站為工

2、程背景，采用理論分析、數(shù)值模擬、三維模型試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等研究手段，針對(duì)盾構(gòu)擴(kuò)挖施工對(duì)周邊地層和房屋的影響進(jìn)行研究，論文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行展開(kāi)，并得到相關(guān)結(jié)論:
　　1.盾構(gòu)擴(kuò)挖施工過(guò)程中，不同圍巖級(jí)別對(duì)地層和房屋的影響方面可以看出，在從圍巖和房屋安全角度出發(fā)，Ⅳ2級(jí)圍巖基本上處于臨界范圍，在高于Ⅳ2級(jí)圍巖的條件下，盾構(gòu)擴(kuò)挖施工對(duì)周邊影響基本上處于安全狀態(tài)，隨著圍巖級(jí)別的繼續(xù)降低，當(dāng)?shù)陀冖?級(jí)時(shí)，地層沉降迅速增大，當(dāng)圍巖處于Ⅴ

3、級(jí)圍巖時(shí)，地層整體變形量較大，基本上不適合進(jìn)行盾構(gòu)擴(kuò)挖修建地鐵車站，在施工過(guò)程中，假如出現(xiàn)這種地層時(shí)，需要提前進(jìn)行相關(guān)的超前預(yù)加固措施，提高洞周圍巖的強(qiáng)度，確保施工和周邊環(huán)境的安全。
　　2.房屋對(duì)地表沉降范圍和量值上的影響主要從房屋與盾構(gòu)隧道和擴(kuò)挖隧道不同距離、房屋不同重量和不同角度進(jìn)行分析，在不同距離方面，總體上房屋每隔兩倍洞徑，地表無(wú)論是影響范圍即沉降槽寬度還是總體沉降方面的發(fā)展趨勢(shì)都會(huì)稍有不同，一般當(dāng)房屋大于5倍洞徑距離時(shí)

4、，房屋對(duì)洞周地表沉降影響已經(jīng)很小;對(duì)于影響寬度一定的房屋，房屋自重越大，房屋垂直于影響方向的寬度越短，對(duì)地表沉降的影響就越大，對(duì)于都不確定的情況，地表沉降的大小與房屋自重在基礎(chǔ)底面上形成的均布力呈正相關(guān)關(guān)系，房屋自重在基礎(chǔ)底面造成的均布力越大，則地表沉降量和沉降范圍即越大，反之亦然;房屋最大影響寬度為房屋基礎(chǔ)對(duì)角線的長(zhǎng)度，此時(shí)房屋與隧道軸線的夾角為θ=90-arctanc/l。
　　3.盾構(gòu)擴(kuò)挖工序的完成中，不論是先開(kāi)挖（左線）還

5、是后開(kāi)挖（右線），其盾構(gòu)部分所引起的沉降量約占總體沉降量的30％;隨著圍巖強(qiáng)度的降低，左線盾構(gòu)開(kāi)挖造成沉降占總沉降量的比例波動(dòng)不大，基本穩(wěn)定在30％左右，而右線盾構(gòu)開(kāi)挖造成沉降占總沉降量的比例則隨著圍巖強(qiáng)度的降低而稍有增大。
　　4.總體來(lái)看，在盾構(gòu)擴(kuò)挖施工過(guò)程中，房屋的相對(duì)變形對(duì)房屋受力及安全系數(shù)的影響較大，房屋突增的相對(duì)變形由于房屋結(jié)構(gòu)自身的調(diào)節(jié)滯后性必然會(huì)導(dǎo)致房屋局部應(yīng)力的增長(zhǎng)，這從右擴(kuò)挖一半時(shí)房屋受力變化中明顯可以看出。所

6、以，可以認(rèn)為房屋逐漸增大的相對(duì)變形對(duì)于房屋受力的影響相對(duì)較小，突增的局部相對(duì)變形對(duì)于房屋應(yīng)力的影響較大。施工中應(yīng)重點(diǎn)控制左、右線擴(kuò)挖一半時(shí)的房屋局部相對(duì)沉降量。
　　5.盾構(gòu)擴(kuò)挖過(guò)程中房屋的應(yīng)力從上到下逐漸增大，而且開(kāi)挖引起的房屋應(yīng)力變化主要集中于第一層;房屋90度方向墻體的安全系數(shù)在開(kāi)挖階段一直較小，對(duì)于這種工況需要采用輔助工法施工并對(duì)房屋及其基礎(chǔ)進(jìn)行提前加固，預(yù)防房屋的開(kāi)裂破壞;45度角房屋需要重點(diǎn)預(yù)防右盾構(gòu)開(kāi)挖到聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖

7、階段的房屋開(kāi)裂;房屋0度時(shí)需要重點(diǎn)控制左線擴(kuò)挖和第二條聯(lián)絡(luò)通道的開(kāi)挖階段。
　　6.房屋與隧道不同距離時(shí)，盾構(gòu)和擴(kuò)挖階段房屋的受力總體上都經(jīng)歷了隨著距離的逐漸增大房屋的受力先逐漸增大然后逐漸減小，最后恢復(fù)到自重作用下的房屋自然受力狀態(tài)。盾構(gòu)開(kāi)挖時(shí)房屋的最大應(yīng)力大約出現(xiàn)在沉降槽曲率最大處，即√(3)i處，此處房屋水平變形最大，房屋為受力最不利狀態(tài);
　　7.在工程實(shí)例部分，針對(duì)傳統(tǒng)的施工方法與盾構(gòu)擴(kuò)挖較為新型的施工方法，從施工

8、工期、經(jīng)濟(jì)效益以及投資成本進(jìn)行了較為全面的對(duì)比分析，分析表明，盾構(gòu)擴(kuò)挖法修建地鐵車站不僅能夠大大縮短施工工期，同時(shí)大大減少了工程的投資成本，提高了該項(xiàng)工程的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于今后類似工程起到了很好的參考和借鑒作用，值得大力提倡。
　　8.通過(guò)模型試驗(yàn)和優(yōu)化計(jì)算，結(jié)合工程地質(zhì)水文條件，提出了該工法下穿建筑物的最優(yōu)工序和地層加固方案，即在實(shí)施盾構(gòu)擴(kuò)挖之前打超長(zhǎng)大管棚和袖閥管注漿加固雙重地層加固措施，并成功運(yùn)用于實(shí)際工程。
　　9.根