地下空间工程 教学课件 ppt 作者 刘勇 第二十六讲

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1、城市地下工程第二十讲地下空间工程施工刘勇教授石家庄铁道大学土木工程学院上节回顾一、盾构法施工过程二、盾构法施工注意事项本节主要内容一、地面沉降机理二、建筑物保护技术五盾构法施工地面沉降机理和防治（一）地面沉降的原因①地层原始应力状态的变化；②地下水位的变化；③盾尾空隙充填压浆不足；④盾构为修正蛇行和在曲线上推进而进行超挖，也会使周围土体松弛范围扩大助长了地表下沉。⑤衬砌变形；⑥受挠动土体的固结。五盾构法施工地面沉降机理和防治（二）土体位移的机理五盾构法施工地面沉降机理和防治第一阶段：盾构到达前的超

2、前沉降第二阶段：盾构到达时的隆沉第三阶段：盾构通过时的沉降第四阶段：盾尾通过后的隆沉第五阶段：后续沉降五盾构法施工地面沉降机理和防治（三）地层位移变形的分布及影响范围图22-1-2地基位移的分布(冲积粘性土地基)图22-1-3地基位移的分布(冲积砂性地基)五盾构法施工地面沉降机理和防治五盾构法施工地面沉降机理和防治盾构施工引起的土体变形，其纵面影响范围，在盾构前方约(D＋htg45°)范围内(h为地表至盾构底的深度，D为盾构直径)。在粘性土地层，其纵向影响范围为一夹角为45°的斜直线；而在砂土地层

3、，其纵向影响范围呈一鼻形曲线，深层土体的范围与粘性土相同，而表层土体要小于粘性土。从横向影响范围来看，粘性地层影响范围为隧道轴线两侧(D/4＋htg45°)；砂性地层影响范围要小些，约为(D/4＋hcot60°)。五盾构法施工地面沉降机理和防治（四）地层位移的计算和预测(1)Peck公式图22-1-5隧道上部沉降横断面形状(peck－1969)派克横向分布公式为：式中S(x)——距隧道中线x处的地面沉降量(m)；S(max)——隧道中线处(即x＝0)的地面沉降量(m)；x——距隧道中线的距离(m)

4、；i——沉降槽宽度系数，即沉陷曲线反弯点的横坐标(m)，派克并假定横向沉陷曲线为正态分布曲线。横向沉降槽体积等于地层损失，即V(s)=VL=VlV。式中Z——隧道开挖面中心至地面的距离；R——盾构外半径；K、n——试验系数，K=0.63~0.82；n＝0.36~0.97。派克纵向沉降分布公式式中S(y)——地面沉降量(m)；y——沉降点至坐标原点的距离(m)；yi——盾构推进起点处盾构开挖面至坐标原点的距离(m)；yl——盾构开挖面至坐标原点距离(m)；φ——正态分布函数。横向最大沉降量的估算公式

5、：在砂砾土中：在砂性土中：在粘性土中：沉降影响范围估算公式：式中Z——地面至开挖面中心距离(m)；R——隧道外半径(m)；OFS——简单超载系数；K、n——系数。施工阶段的地面沉降大致发生在5个阶段：盾构到达前、盾构到达时、盾构通过后、管片脱出盾尾时及长期变形。五盾构法施工地面沉降机理和防治（四）地层位移的计算和预测(2)弹性介质的有限元分析法五盾构法施工地面沉降机理和防治五盾构法施工地面沉降机理和防治五盾构法施工地面沉降机理和防治（四）地层位移的计算和预测(2)弹塑性介质的有限元分析法弹塑性介质

6、有限元法估算盾构施工引起的地表沉降，能更好地反映土体特性对地表沉降的影响，考虑了土体本身的压缩性、剪胀性等因素，并能反映出沉降前后土体的应力变化和土体位移情况等。但是，采用该方法时，确定合适的土体本构和测定土体各种参数较困难。(1)地表沉降的监测①施工监测的作用a.监测和诊断各种施工因素对地表变形的影响，提供改进施工减少沉降的依据；b.根据观测结果预测下一步地表沉降对周围建筑物及其它设施的影响，进一步确定保护措施；c.监测施工结果是否达到控制地表沉降和隧道沉降的要求；d.研究土囊特性、地下水条件、

7、施工方法与地表沉降的关系，以作为改进设计的依据。（五）地表沉降的监测与控制五盾构法施工地面沉降机理和防治（五）地表沉降的监测与控制②施工监测项目a．监测地下水位的变化b．监测土体变形(a)地表变形观测(b)地下土体沉降观测(c)盾构各个衬砌环脱出盾尾后的沉降观测(d)盾尾空隙中坑道周边向洞内位移观测(e)对附近建筑物的观测五盾构法施工地面沉降机理和防治(2)地表沉降的控制①减少对开挖面地层的挠动a．施工中采取灵活合理的正面支撑或适当的土压值来防止土体坍塌，保持开挖面土体的稳定。b．在盾构掘进时，严

8、格控制开挖面的出土量，防止超挖。c．控制盾构推进一环的纠偏量，以减少盾构在地层中的摆动和对土体的挠动。同时尽量减少纠偏需要的开挖面局部超挖。d．提高施工速度和连续性。五盾构法施工地面沉降机理和防治(2)地表沉降的控制②做好盾尾建筑空隙的充填压浆a．确保压注工作的及时性，尽可能缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间，以防止地层坍塌。b．确保压浆数量，控制注浆压力。c．改进压浆材料的性能。(1)建筑物保护技术①保护对象的确定a．对已有建筑物和地下管线进行调查。六盾构穿越建筑物时的保护技术图6-5-