下载文档原格式
隧道盾构施工对地表沉降影响分析摘要: 随着地表建、构筑物密度与日俱增，在地铁建造过程中对地表环境的保护是一个越来越不容忽视的难题.本文以天津地铁三号线某区间段为研究对象,结合工程实际监测数据分析了在隧道盾构过程中地表的沉降变化情况,得到结论:1沿掘进方向,地表沉降变化趋势一致,各点均表现为先隆起后下沉,最大隆起值在10mm之内,最大沉降值在30mm之内.2地表横断面各点先隆起后下沉,最大隆起和下沉均发生在隧道轴线位置,其他位置沉降值表现为以轴线为中心,对称分布,近似于正态曲线.关键词:地铁;地表沉降;监测数据Abstract: With the surface to build structures, density increasing, the protection of the surface environment is an increasingly difficult problem can not be ignored in the subway construction process, combined with actual monitoring data for the study, an interval segment of the Tianjin Metro Lineanalysis of surface subsidence changes in the process of tunnel shield, get conclusions: 1 Along the tunneling direction, the surface subsidence trends showed for the first uplift after sinking, the maximum uplift values ​​within 10mm, the maximum settlement value30mm .2 Surface cross-section points of uplift after the sinking, the maximum uplift and subsidence occurred in the tunnel axis position, the performance of other locations settlement value for the central axis, symmetrical distribution, similar to the normal curve.Key words: subway; surface subsidence; monitoring data引言：盾构法隧道施工技术经过一百年的发展，虽然有了很大的进步，但是仍不可避免地引起地层的扰动，地层变形及地面沉降，特别是在软土盾构隧道中更为明显，扰动导致的土体强度和压缩模量的降低将引起长时间内的固结和次固结沉降。
盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。
目前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。
但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。
盾构法施工虽然优点颇多，但是也存在诸多问题。
本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。
一，地面沉降产生原因1、地层隆沉的发展过程盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固结沉降，如图l所示。
第一阶段：最初的沉降。
该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。
指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。
第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。
这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。
它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。
第三阶段：盾构机经过时沉降。
该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。
第四阶段：盾尾空隙沉降。
该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。
土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。
第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。
经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。
2、地表沉降的因素影响分析该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS，盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件；而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。
软土地层盾构施工地表沉降分析及措施摘要:通过对上海地铁软土地层盾构施工引起的地层变形原因和机理进行分析，结合派克公式对地层变形进行计算，引出地层损失率作为沉降控制标准，并提出了软土地层盾构施工地层损失控制技术要点，以减小施工对环境的影响。
关键词: 软土地层，地层损失，地层损失率0 引言随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，地铁施工普遍存在的诸如地表沉降、周边建( 构) 筑变形等对环境的不利影响也越来越引起人们的重视，但迄今为止尚未得到完全解决，研究盾构施工技术、控制措施及其减少对地层及周边环境的影响具有指导作用。
本文通过对上海软土地层盾构施工引起的地表变形机理和原因分析，结合派克公式以及地层损失率控制要求对地表沉降进行反算，以求在施工中采取针对性措施，减少地层变形。
1 地表变形机理变形从物理角度讲，归结为应力的变化。
天然土体一般是由矿物颗粒构成骨架体，孔隙水和气体填充骨架体而组成的三相体系。
饱和土由土颗粒和水组成，土颗粒之间存在胶结物，有些没有粘结。
但是它们都能传递荷载，从而形成传力骨架，叫做土骨架。
外载荷作用在土体上，一部分由孔隙水承担，叫做孔隙水压力，另一部分则由土骨架承担，就是有效应力，对引起压缩和产生强度有效。
土体受外力后，土粒和孔隙中的流体均将发生位移，孔隙流体及气体体积减小、颗粒重新排列、颗粒间距离缩短和骨架体发生错动，引起土体变形，从而引起地表变形。
2 地表沉降规律横向上，沉降槽曲线近似为正态分布，见图1。
纵向上，隧道沉降分布随时间变形具有阶段性规律，见图2。
3 盾构施工引起地层变形的作用机理和原因分析3．1 盾构施工引起地表沉降的作用机理根据地表沉降规律纵向曲线分布，盾构施工引起的地表沉降按照变化规律可分为五个阶段，各阶段变形的主要原因和作用机理见表1。
3．2 原因分析从表1 中可以看出，地面沉降的根本原因是盾构施工中引起的地层损失和受扰动土层的固结。
1) 地层损失。
地层损失是指盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差。
盾构隧道施工引起的地面沉降分析XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX )摘要：本文先分析了盾构隧道施工引起的地面沉降规律和原因，介绍地面沉降的预测方法。
然后结合某城市隧道施工过程的地面沉降监测数据进行分析，运用沉降槽分布模型拟合结果，并且运用数学函数给予表达。
最后得出的研究结果可供对今后类似工程参考，确保在施工过程中隧道周边环境的安全。
关键词：盾构法；隧道施工；地表沉降；分布模型我国地铁交通的发展水平正处于上升阶段，因为盾构施工法技术具有安全性和先进性等特点，其在城市地铁隧道施工中得到了广泛的应用。
通常情况下，地铁隧道多位于城市中经济繁华发展的地带，在此种情况地面建筑物较为密集且地下管线，显然采用盾构法隧道施工必定会引起地层移动从而导致地面沉降，即使采用当前先进的盾构技术，也难完全防止这些沉降，当地面沉降达到一定程度时，就会使周围地面建筑、地下相关设施以及地铁隧道本身等不能正常使用。
因此当在需要控制地层移动地区采用盾构法施工隧道时，必须了解地层移动的规律和特征，尽可能准确地预测沉降量和沉降范围。
国内外已对施工沉降进行了大量研究，提出了许多沉降计算模型。
本文基于广州地区地质条件复杂，对沉降规律的定量研究还比较少等原因，结合广州某盾构隧道施工段的地表沉降规律及其影响范围进行研究，希望对以后类似的工程提供参考。
1．地面沉降的规律和特征在采用盾构法隧道施工过程中，沿隧道纵向轴线所产生的地表变形如下：通常盾构前方的土体受到挤压时有向前向上的移动，从而使地表有微量的隆起，而当开挖面土体因支护力不足而向盾构内移动时，则盾构前方土体发生向下后的移动，从而使地面沉降，开挖面的上方土体，亦因盾构作用于开挖面推力的大小而使地面隆起或沉降。
当盾构通过时，盾构两侧的土体向外移动。
当隧道衬砌脱离盾尾时，由于衬砌外壁与土壁之间有建筑空隙，地表会有一个较大的下沉且沉降速率也较大。
同时隧道两侧的土体向隧道中线移动。
这一阶段的沉降通常称为施工沉降，常在1—2个月的时间内完成。
关于XX左线盾构及XX右线监测点沉降变形报警的分析说明1、概况截止X月X日，XX～XX左线掘进至253环，刀盘里程约为ZDK13+616，中～嘉右线851掘进至86环，刀盘里程约为YDK13+844。
根据第三方监测数据，具体报警情况如下：1）左线1606地表属相唯一监测点AZ070（ZDK13+660.4）变化速率报警，本次变化速率为：-3.49mm/d (报警值为：±3mm/d)，已发报警通知。
[累计值：-21.50mm]2）左线1606地表竖向位移监测点AZ071（ZDK13+655.4）变化速率报警及累计值报警，本次变化速率为：-6.27mm/d (报警值为：±3mm/d)；本次累计值为：-25.63mm (报警值为：±24mm)，发出报警通知。
图1 监测点AZ070和AZ071布置平面位置图图2 监测点J1-1布置平面位置图2、分析说明（1）XX左线1606监测点AZ070、AZ071报警情况分析XX左线1606现已掘进至253环，监测点AZ070处于233和234正上方，AZ071位于237环正上方，沉降均属于盾构施工的后续沉降，根据项目部分析，分析情况如下：1）天气因素现阶段属于雨季，前一个月连续降雨，此处隧道上方地质情况从上至下依次为<1>、<3-1>、<3-2>、<4N-2>、<5C-2>，连续降雨造成地下水位变化，引起地层变形，导致地面沉降；2）地表地形因素230～240环正上方地表是一个隆起的大土包，土包北侧是一个陡坡，土包顶部与陡坎坡底高差达到8米左右，地表荷载分布不均匀，连续的下雨加之地表荷载分布不均，地表土包土体内部应力重新分配，引起地层变形，导致地面沉降；；（2）XX右线851监测点J1-1累计变形报警情况分析1）天气因素现阶段属于雨季，前一个月连续降雨，此处隧道上方地质情况从上至下依次为<1>素填土、<3-1>、<3-2>、<4N-2>、<5C-2>，连续降雨造成地下水位变化，引起地层变形，导致地面沉降；2）地面作业机械因素据调查，监测点J1-1布控于彭先生厂房一内，红色区域（见图2）处有数台大型压纸板机械正常作业，震动强烈，对地层土体扰动明显，导致地面沉降。
南京地铁盾构施工引起的地表沉降分析内容摘要：摘要结合南京地铁某区间的盾构施工,分析实测的断面数据,得出盾构推进对地表影响的主区域和次区域,明确了盾构推进时对地表的影响范围。
通过对比Ｐｅｃｋ法计算值和实测值,验证现有的经验参数是否适合南京地区的实际情况。
通过对实测曲线的拟合和数值计算得到沉降槽半宽度,改进了地表沉降槽宽度系数的取值范围,有助于盾构法在南京地区的推广和应用。
关键词地铁,隧道施工,盾构法,地表沉降在人口密集、建筑设施密布的城市中进行盾构法施工,由于岩土开挖不可避免地产生对岩土体的扰动并引起洞室周围地表发生位移和变形;当位移和变形超过一定限度时,势必危及周围地面建筑设施、道路和地下管线的安全。
因此,中外学者对盾构施工扰动的机理[1]、地层移动[2]、土体影响范围[3-5]等做了大量的研究工作,取得了一系列关于盾构施工引起地表沉降的研究成果,其中Ｐｅｃｋ法应用最为广泛。
本文通过对南京地铁玄武门站———新模范马路站区间盾构施工的实测沉降分析研究,寻求适合南京地区地铁盾构工程应用的沉降计算公式及参数确定方法。
1工程概况玄武门———新模范马路的地铁盾构掘进区间自玄武门站,沿中央路向北至新模范马路车站,设计里程为Ｋ11+591.899～Ｋ12+422.189。
区间分布3组平面曲线,半径分别为1000ｍ、1500ｍ、800ｍ;隧道纵坡为Ｖ形,最大纵坡为30‰;隧道埋深在8.0～14.5ｍ之间。
该区间属古河道漫滩地貌,基岩埋藏较深,均大于25ｍ;软弱土层较厚,主要为低塑性淤泥质粉质黏土、粉质黏土及中到稍密的粉细砂等,土质不均,黏性土中常局部夹有粉细砂,土质较差。
区间隧道在淤泥质粉质黏土、粉质黏土及粉细砂中通过。
围岩划分为Ⅰ类。
土体主要力学性质见表1。
2测试分析整个掘进过程采用土压平衡模式盾构机。
本文选取左线掘进过程中引起的地表沉降进行分析,整个掘进过程历时4个月。
掘进中一些参数设置为:盾构顶部土压保持在0.13～0.21ＭＰａ,盾构底部土压0.19～0.28ＭＰａ,掘进速度60ｍｍ/ｍｉｎ,同步注浆压力0.25ＭＰａ,注浆量3.2ｍ3/环。
《地下铁道》7.9 盾构施工引起的地表沉降和隆起隧道与地下工程系7.9 盾构施工引起的地表沉降和隆起◆例如：南京地铁1号线某标在富水粉细砂地层盾构始发时出现两次流沙现象, 地面下陷1.5m。
管线破坏房屋倒塌◆盾构施工引起的地层损失和隧道周围受扰动土体的固结沉降是引起地表沉降的主要原因。
1.地层损失(1)定义：◆地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积和竣工隧道体积(包括在隧道外围压注的浆体)之差。
◆地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比V l (%)来表示。
则单位长度地层损失为 ◆隧道周围的土体在弥补地层损失的过程中，发生地层移动，引起地面沉降。
200(%) r V V l π⨯=◆第二类：属于不正常的地层损失，是一种由人为因素而引起的本来可以避免的地层损失。
◆第三类：属于灾害性的地层损失，盾构开挖面发生土体急剧流动或暴发性的崩坍，引起灾害性的地面沉降。
1.地层损失(3)引起地层损失的主要因素②盾构后退●在盾构暂停推进中，由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。
③土体挤入盾尾空隙●当盾尾离开衬砌时，在衬砌上方形成所谓的“建筑空隙”，由于向建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不适当，使得盾尾后的隧道周边土体失去原始三维平衡状态，而向这一建筑空隙中移动，引起地层损失。
在含水不稳定地层中，这往往是引起地层损失的主要因素。
2.受扰动土体的固结沉降固结沉降分为：主固结沉降和次固结沉降两种。
(1)主固结沉降◆盾构推进中的挤压作用和盾尾的注浆作用会使隧道周围的地层中形成超孔隙水压力，这种压力在盾构施工后的一段时间内就会消失，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地表沉降，这种因孔隙水压力变化而产生的沉降，称为主固结沉降。
(2)次固结沉降◆土体受到扰动后，土体骨架还会继续发生压缩变形，这是一种蠕变，在这种变形过程中产生的地面沉降称为次固结沉降。
它的持续时间比较长，长的可持续几年以上。
日城市地铁隧道盾构法施工地表沉降分析Cities metro shield tunneling surface subsidence analysis学生姓名指导教师摘要浅埋暗挖隧道上覆地层己无自承载能力，荷载应全部由隧道支护结构来承担，但实际上，不但是土层，即使是干砂，地层仍能形成自然载拱。
大量资料表明，随着地基土层压缩模量的增加，地面沉降逐渐减小。
在土层压缩模量较小时，地面沉降和水平位移受模量的变化影响很大，随着盾构外径的增大，则由盾构施工引起的单位长度的地层损失就随着增大，在相同地面沉降槽宽度的情况下，最大地面沉降也随着增大；而隧道覆土厚度越大，则最大地面沉降值就会越小，但地面沉降槽宽度会越大。
最大地面沉降随覆土厚度与盾构外径的比值即H／D的增大而减小。
土压舱压力过大，则地面隆起，压力过小，则地面产生沉降。
盾构推进过程中，盾构纠偏、叩头、抬头、曲线推进等造成的超挖都会使得实际开挖面大于设计开挖面，从而引起多余的地层损失。
在盾构暂停推进时，千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。
由于盾构壳具有一定的厚度，为了便于管片的拼装及盾构的纠偏而在盾构壳与衬砌之间保留有一定的空隙。
千斤顶推动盾构机前行时，在盾尾衬砌管片外围形成了建筑空隙，使得周围土层要填充建筑空隙而发生涌向隧道的位移而引起地面沉降。
关键词：盾构; 沉降; 有限元Shallow Tunnels overlying strata had no self-load capacity, the load should all by tunnel supporting structure to bear, but in fact, not only the soil, even dry sand, formation can still form a natural arch out. Large amounts of data showed that with the foundation soil compression modulus increases, land subsidence decreases. In the soil compression modulus is small, ground subsidence and horizontal displacement modulus changes by a great impact, with the shield diameter increases, caused by shield construction unit length increases as ground loss on in the same slot width of land subsidence in the case, along with the maximum ground subsidence increases; while the tunnel Futuhoudu larger, the smaller the maximum value of ground subsidence, but the ground subsidence trough width is greater. Maximum ground subsidence with Futuhoudu shield diameter ratio with that of H / D increases. Earth pressure tank pressure is too large, ground uplift, the pressure is too small, ground settlement produced. Shield forward process, shield correction, kowtow, rise, curve propulsion caused overbreak will make more than the actual design of the excavation face excavation face, causing excess ground loss. Shield pause in advance, the jack may cause retraction spill shield back, so that the excavation face slump or loose soil, causing formation damage. The shield casing has a certain thickness, in order to facilitate the assembly and the shield tube sheet corrective shield case and the lining in a certain gap between the retention. Jack push shield before the row, the shield tail lining segments forming the building perimeter gap, making the soil around the building to fill the gap occurred flock tunnel caused the displacement of ground subsidence.Keywords: Finite Element;Shield ;Settlement第1章绪论 (1)1.1 课题的目的、意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1北京地铁十号线 (2)1.2.2天津地铁三号线 (3)1.2.3重庆轻轨新线一期 (3)1.2.4杭州地铁2号线 (3)1.3 课题的主要研究内容 (3)第2章盾构法施工地表沉降分析方法 (5)2.1 影响地表沉降的因素 (5)2.1.1地基土体特性的影响 (5)2.1.2覆土厚度H和盾构外径D的影响 (5)2.1.3土压舱压力的设定及盾构推进方向的改变 (5)2.1.4盾构后退 (5)2.1.5盾尾注浆填充率 (5)2.1.6土体挤入盾尾空隙 (6)2.1.7盾构推进速度的影响 (6)2.1.8地下水的影响 (6)2.1.9在土压力的影响 (6)2.2施工的主客观因素进行分析 (7)2.2.1客观因素 (7)2.2.2主观因素 (7)2.3 盾构法施工地表沉降分析方法 (8)2.3.1经验公式法 (8)2.3.2室内模拟试验法 (11)2.3.3理论法预测 (12)第3章盾构法施工地表沉降的数值模拟与分析 (17)3.1 数值模拟软件介绍 (17)3.1.1 FLAC3d简介 (17)3.1.2 ANSYS简介 (18)3.2工程概况 (25)3.2数值模拟分析 (27)3.2.1计算模型建立 (27)3.2.2材料参数及材料本构关系 (28)3.2.3计算结果及分析 (29)第4章各种因素对地表沉降的影响分析 (33)4.1考虑不同深度的的沉降分析 (33)4.1.1计算模型建立 (33)4.1.2计算结果及分析 (33)第5章结论 (37)5.1.本次分析存在的不足与局限 (37)5.2结论 (37)参考文献 (39)致谢 (41)第1章绪论1.1 课题的目的、意义近年来，世界范围内的城市化水平一直呈现出不断上升的趋势，即城市数目和规模都不断增加和扩大。
