地鐵隧道非降水法施工引起的地表沉降的研究.pdf

1、地面沉降是區(qū)域性地面標(biāo)高降低的一種環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象，具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣和防治難度大等特點(diǎn)。地面沉降主要由開采地下水資源，工程基礎(chǔ)施工及地下空間的開發(fā)利用引起。 城市地鐵暗挖隧道工程是在巖土體內(nèi)部進(jìn)行的，無(wú)論其埋深大小，開挖施工將不可避免地會(huì)擾動(dòng)地下巖土體，使其失去原有的平衡狀態(tài)，而向新的平衡狀念轉(zhuǎn)化。在此過(guò)程中，隧道開挖使圍巖產(chǎn)生卸荷臨空面引發(fā)收斂變形，進(jìn)而造成地表下沉：同時(shí)，擾動(dòng)及地下水的流失會(huì)使土體重新固結(jié)，引起整個(gè)地層

2、的固結(jié)沉降。這一系列的沉降變形發(fā)展到一定的程度，將影響地面建筑物的安全和地下管線的正常使用。因此，長(zhǎng)期以來(lái)城市地鐵隧道施工引起的地表沉降問題一直都是人們關(guān)注和研究的重要課題。 關(guān)于地表沉降的研究需要解決兩個(gè)主要問題：提出先進(jìn)的有效控制沉降的施工方法及計(jì)算并預(yù)測(cè)地鐵隧道施工引發(fā)的地表沉降量。 采用淺埋暗挖法施工地鐵隧道，以往普遍采用全線降水法，此法能保證在地鐵隧道施工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“無(wú)水”施工，但是，在我國(guó)南方富水軟土地層中，

3、再采用這種方法就會(huì)在隧道未開挖之前，由于降水井抽水引發(fā)大范圍的地表沉降，而且這部分沉降在總沉降中所占的比例高達(dá)70—80﹪，因此，在這樣的地層施工地鐵隧道，控制沉降的關(guān)鍵在于減小隧道開挖對(duì)地層的擾動(dòng)和控制地下水的流失。深圳地鐵大～科區(qū)問隧道恰在富水軟土地層中施工，且地下管線與地面建筑物的存在要求沉降必須得到有效控制，針對(duì)這一問題創(chuàng)新性地提出了以控制地下水流失為主要目標(biāo)的非降水施工方法。本文在此工法實(shí)施前采用了三維有限元數(shù)值模擬和離心機(jī)模

4、型試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比研究，證明該法可行。根據(jù)實(shí)際施工情況及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，非降水施工方法科學(xué)合理取得了成功。 本論文在研究過(guò)程中，采用三維顯示有限差分分析軟件FLACⅢ，考慮流固耦合效應(yīng)，建立地鐵施工過(guò)程的滲流一變形一沉降耦合模型，對(duì)滲流、變形，開挖及沉降進(jìn)行仿真模擬，系統(tǒng)分析研究了降水法施工及非降水法施工全過(guò)程對(duì)地表下沉的影響，通過(guò)對(duì)比分析確定在富水軟土地區(qū)施工地鐵隧道，地層失水是造成地表沉降的控制性因素且非降水施工方法控制

5、沉降的高效性。采用離心模型試驗(yàn)重點(diǎn)研究了SK3+355和SK3+395斷面的地表沉降規(guī)律，通過(guò)對(duì)非降水施工法及降水施工法對(duì)比分析，得出非降水施工法為最佳方法的結(jié)論。數(shù)值模擬和離心模型實(shí)驗(yàn)研究成果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)基本一致，以水平旋噴樁為技術(shù)核心的以控制地下水流失為目標(biāo)的非降水施工法，可減小施工對(duì)地層的擾動(dòng)、減小施工過(guò)程中的地下水流失，是在富水軟土地層采用淺埋暗挖法施工時(shí)的最佳施工方法。 目前的地表沉降計(jì)算與預(yù)測(cè)多采用Peck系列的經(jīng)驗(yàn)公

6、式，該系列公式認(rèn)為地表的變形主要取決于土層和地下水位條件，而隧道的埋深、隧道的直徑、支護(hù)以及施工過(guò)程等影響因素沒體現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)然也沒有研究沉降過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。事實(shí)上，地表沉降受多項(xiàng)因素的影響：而且地鐵隧道施工是一個(gè)在時(shí)問、空問上漸進(jìn)的過(guò)程，因隧道施工引起的地層變形沉降在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間是動(dòng)態(tài)變化的，所研究地表任意一點(diǎn)的變形沉降也是與空間上分布的隧道各斷面施工相關(guān)聯(lián)的，任意點(diǎn)的最終沉降是影響不斷累加的結(jié)果。本文采用數(shù)值模擬手段，針對(duì)非降水施