軟粘土中軌道交通地下深開挖工程變形及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地鐵建設(shè)已成為解決大型城市交通擁堵及大氣污染等問題的重要解決手段。浙江地處我國(guó)東海之濱，省內(nèi)大型城市杭州、寧波和溫州等城市地鐵建設(shè)正處于快速發(fā)展階段。杭、寧、溫均建立在高含水率、低強(qiáng)度以及靈敏度高的深厚軟粘土之上，使得杭、寧、溫三地軌道交通深開挖工程中遇到較多的工程難題：軟粘土中盾構(gòu)掘進(jìn)易引起地層變形過大，對(duì)隧道周圍環(huán)境造成不利影響；軟粘土中深基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)難以確定，深基坑開挖失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較高?；趯?shí)際工程需求，本

2、文對(duì)軟粘土的基本特性、軟粘土中盾構(gòu)隧道引起的地層變形及軟粘土中深基坑開挖安全穩(wěn)定性展開了系統(tǒng)深入的研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、磐ㄟ^大量室內(nèi)單元體試驗(yàn)研究了寧波和杭州兩地典型軟粘土的基本力學(xué)變形特性及擾動(dòng)對(duì)土體變形特性的影響，獲得了土體基本力學(xué)變形參數(shù)和強(qiáng)度指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)典型寧波軟粘土均表現(xiàn)出加載硬化特性，土體模量參數(shù)之間相關(guān)關(guān)系為:Eoed ref/Es,1-2=0.8-1.2，E50ref/Eoedref=0.8-1.5，

3、Eurref/E50ref=3.6-11.6。土體越軟弱，Eurref/E50ref比值越大，與上海軟粘土一致。針對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)的數(shù)值模擬研究表明由室內(nèi)試驗(yàn)得到的土體硬化模型（HS模型）參數(shù)能較好地預(yù)測(cè)排水剪切試驗(yàn)過程中土體的應(yīng)力-應(yīng)變特性，但在用于不排水剪切試驗(yàn)的數(shù)值分析時(shí)存在一定困難，而通過HS模型參數(shù)的對(duì)比校正分析，能夠得到較好地預(yù)測(cè)三軸不排水剪切試驗(yàn)的HS模型參數(shù)。杭州軟粘土具較弱結(jié)構(gòu)性，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力隨深度基本線性增加

4、。按抗剪強(qiáng)度與按屈服應(yīng)力定義的擾動(dòng)度近似呈正比關(guān)系，通過抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)得到的擾動(dòng)土屈服應(yīng)力與壓縮試驗(yàn)得到的結(jié)果基本一致。
　?、茖?duì)寧波軌道交通二號(hào)線桃渡路-鼓樓區(qū)間和鼓樓-城隍廟區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)過程展開現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬研究。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析表明盾構(gòu)隧道上覆地層及掘進(jìn)參數(shù)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層變形影響非常顯著。上覆土層為厚層砂質(zhì)粉土?xí)r，地表沉降槽寬度系數(shù)，K=0.3～0.4，要小于上覆土層為軟粘土地層時(shí)的K=0.45～0.55。桃渡路-鼓樓區(qū)間

5、內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)采用較大的盾構(gòu)推力N、支護(hù)壓力ps和盾尾注漿率δ時(shí)，地層損失率反而較大。當(dāng)控制控制掘進(jìn)參數(shù)使得推力指數(shù)Γ=1.0～1.8，面板擠土壓力Δp0=15～40 kPa，ps/σv=0.8～1.0，δ=200％～220％時(shí)，能夠較好控制地層沉降變形。地表橫向沉降槽的影響范圍為隧道軸線兩側(cè)3.2D～4.0D，縱向沉降發(fā)展的影響范圍為開挖面前3D至開挖面后4D～6D。導(dǎo)致鼓樓-城隍廟區(qū)間地表隆起變形的主要原因是盾構(gòu)隧道所處地層非常軟弱且盾

6、構(gòu)掘進(jìn)速率偏大，開挖面擠土效應(yīng)明顯。受盾構(gòu)施工擾動(dòng)，盾構(gòu)通過監(jiān)測(cè)斷面240天后，地表沉降仍在以0～0.2 mm/d速率逐漸增長(zhǎng)。
　?、轻槍?duì)杭州地區(qū)深厚軟粘土中某倒塌地鐵深基坑工程，通過本文提出的基于土體錐尖阻力qc和不排水抗剪強(qiáng)度su強(qiáng)度折減率的土體擾動(dòng)度評(píng)估方法，結(jié)合大量的現(xiàn)場(chǎng)原位靜力觸探CPT試驗(yàn)和十字板剪切VST試驗(yàn)結(jié)果，得到了基坑不同區(qū)域土體擾動(dòng)度沿深度分布，并據(jù)此推測(cè)出基坑滑動(dòng)破壞面，判斷研究基坑失穩(wěn)模式為抗隆起失穩(wěn)破

7、壞。采用Plaxis模擬了北二基坑開挖失穩(wěn)過程，預(yù)測(cè)基坑滑動(dòng)破壞面與基于土體擾動(dòng)度推測(cè)得到的滑動(dòng)破壞面以及實(shí)際情況非常吻合。采用基于Plaxis的強(qiáng)度折減法分析得到基坑FOS為1.02，采用Terzaghi法，Bjerrum& Eide法以及圓弧滑動(dòng)法計(jì)算得到研究基坑FOS分別為1.05，0.74和0.89，均小于各方法相應(yīng)的安全系數(shù)建議值。進(jìn)一步證明本文研究基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)不足是基坑產(chǎn)生隆起破壞的主因，基坑超挖以及圍護(hù)體系施工質(zhì)量問

8、題是基坑倒塌重要誘因。
　?、炔捎枚喾N理論和數(shù)值分析方法，包括國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范法、國(guó)際通用的基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)分析方法以及基于Plaxis的強(qiáng)度折減法計(jì)算得到了本文研究基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)，并與國(guó)內(nèi)外其他軟粘土中典型失穩(wěn)基坑安全系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，研究表明采用理論或經(jīng)驗(yàn)公式法時(shí)采用土體不排水抗剪強(qiáng)度su指標(biāo)得到的FOS更加合理，采用有限元強(qiáng)度折減法時(shí)，采用交點(diǎn)法得到的基坑FOS更加合理和接近基坑真實(shí)的穩(wěn)定性安全系數(shù)。建議軟粘土中深基坑穩(wěn)定性