天津地铁既有线改造工程中的控制差异沉降研究论文

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1、天津地铁既有线改造工程中的控制差异沉降研究论文.freel，水位变幅1～2m，隧道埋深为2.96m。3差异沉降控制方案在新旧区间隧道相接处，新建结构在基坑开挖、隧道体施工、覆土回填的过程中由于基底土体回弹和压缩会产生固结沉降，沉降量的大小与支护情况、基底土质、地下水位高低等因素有关；另一方面，既有地铁线路建于1970年，基底土经过长期的固结，沉降已趋于稳定。因此，在新旧结构相接处必然会产生一个差异沉降。然而，地铁运行安全的要求是该差异沉降值必须控制在5mm范围内，否则将会危及列车运行安全。在现有的

2、地基加固处理方法当中，高压旋喷法是一种较为灵活有效的新方法，常用于复合地基中加固地基土以提高承载力和减少基础沉降。利用高压喷射注浆形成的固结体，还可以有效地纠正因基础不均匀沉降而导致的建筑物倾斜，充填有裂隙和洞穴的地层或地下工程壁后空隙。因此，为了严格地控制差异沉降，在新旧隧道相接的过渡段处，新结构隧道底板下采用高压旋喷法加固地基土，如图1所示。基坑两侧采用咬合桩作为基坑的支护结构和止水帷幕，所用桩长L=16.2m，桩径φ=1000mm；同时，在过渡段既有结构一侧10m范围内的隧道两侧及基底下一定

3、深度内分别设置6m和3m的纵横向高压旋喷桩止水帷幕来改变渗流路径，防止地下水向新隧道基坑内渗入，新旧隧道之间设置2mm的沉降缝。由于新结构坑底地基土加固是控制差异沉降的关键措施，因此有必要通过有限元数值计算来确定高压旋喷加固的型式和加固厚度。目前，在地铁基坑设计当中，经常采用的高压旋喷加固方法有基底水平面全断面加固、抽条加固以及旋喷桩加固3种型式。在本文的数值计算分析当中，采用3类对比方案：①基底不加固；②厚度分别为4m，5m，6m的全断面加固；③厚度分别为4m，5m，6m的抽条加固（抽条宽度2.

4、066m，间距从1m开始逐渐加宽，增幅为0.5m）。钢筋砼隧道体的弹性模量E和泊松比μ分别为3.1×107kPa和0.2，咬合桩和高压旋喷桩体的E与μ分别为2.5×107kPa和0.25，各土层参数见表1。4数值分析4.1计算理论与方法新隧道的构筑是在拆除一部分既有隧道后进行的，土方开挖量不大。本文采用有限单元法，按照平面应变问题来分析新隧道结构断面的基底沉降，以期找到较为合理的地基加固处理方式。由于旧结构固结几乎完成，又采取了加固措施，同时施工中所受扰动较小（施工中的位移监测也证实了这一点），故

5、计算时仅分析新建隧道的沉降，只要控制住新建隧道沉降，必然就能控制住差异沉降（实际上，旧结构的沉降可减小差异沉降）。新隧道结构断面的计算域范围如图2所示。模型中单元采用4节点等参单元，单元每个节点分别有x和y方向上的两个位移自由度。土体采用Drucker-Prager屈服准则2。在常用的接触面单元中，Goodman单元3（如图3所示）可以较好的反映结构与土体接触面的特性，因此在围护结构与土体之间设置了一层Goodman单元。文中，基坑开挖等效荷载的计算采用Ghaboussi(1984)4和Bro，5

6、m，6m的抽条加固和全断面加固的方式分别计算，计算得出的隧道底板处在施工完毕时刻的沉降值如图4所示。图中，横坐标的节点表示计算模型中隧道底板处的19个单元节点，纵坐标表示各个节点处的沉降值，也是新旧结构在底板处的差异沉降值。从图4可以看出：基底不加固处理和加固厚度为4m的抽条以及全断面加固方案的沉降值均超出了5mm的容许沉降控制标准；厚度为5m和6m的高压旋喷桩抽条加固和全断面加固的的沉降值相近（厚度为5m的抽条及全断面加固底板平均沉降值分别是-3.15mm和-2.78mm；厚度为6m的抽条及全断

7、面加固底板平均沉降值是-2.83mm和-2.10mm），均满足差异沉降的控制要求。在沉降计算过程当中考虑了土体的固结作用，按照施工初期的基坑降水过程是瞬间完成且水位面长期维持不变的假定简化土体的主固结和长期固结沉降计算。从新结构底板浇筑完毕（第1d）到施工完成时刻（第105d），隧道底板中心点处的固结沉降随时间的变化如图5所示。从图中可以看出，基底不进行高压旋喷加固方案的固结沉降随时间变化最大，加固厚度为分别为5m和6m的抽条以及全断面加固方案的固结沉降随时间的变化较小。根据图4和图5所示，可以看

8、出基底不加固和加固厚度为4m的方案不满足容许的沉降控制标准，因此这两种方案予以放弃。在满足容许沉降的控制标准的前提下，考虑工程的经济造价因素，设计方选用了厚度为5m的高压旋喷抽条加固作为最终的方案。在5m厚抽条加固地基方案中，隧道底板中点处的超孔隙水压力随时间的变化如图6所示。从图中可以看出，在新结构的施工过程中，由于施工荷载的逐渐施加引起的超孔隙水压力在隧道上覆土回填完毕前达到峰值，当施工完毕后，超孔隙水压力很快消散。由于土层渗透系数较大，在施工完成后的3个月内，超孔隙水压力几乎