粉砂土地基盾构施工开挖面稳定性与环境影响分析

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1、浙江大学硕十学位论文粉砂土地基盾构施工开挖面稳定性及环境影响研究第一章绪论随着我国社会经济的快速发展，大城市的建设空间资源日趋紧张，除最大限度地利用地表和空间资源外，开挖利用地下空间资源已经变得越来越重要。地铁作为一种解决城市交通拥堵，减轻城市交通压力的有效方法已经被我国的许多城市所采纳。截止目前，已有10个城市开通了31条城市轨道交通线，运营里程达到835．5公里。2009年9月，国务院又批复22个城市的地铁建设规划，总投资达8820．03亿元，本次批复建地铁的22个城市分布于4个直辖市及黑龙江、辽宁、浙

2、江、江苏等13个省份，分别是：北京、天津、上海、广州、深圳、南京、杭州、哈尔滨、沈阳、成都、武汉、西安、重庆、宁波，无锡、长沙、郑州、福州、昆明、大连、南昌、青岛。到2010年，中国城市轨道数量将达到55条、里程1500公里，需要配属车辆逾6000辆。至2016年，我国将新建轨道交通线路89条，总建设里程为2500公里，投资规模达9937．3亿元。届时，我国建成和在建轨道交通线路将达到158条，总里程将超过4189公里，成为世界最大的城市轨道交通建设国。其中，杭州地铁一号线于2007年获批开始招标进行建设，

3、杭州地铁路线规划图如图1-1所示。(一摘自百度百科)撬瓣布囊遗交叠装坶曩麓爱一纛I器幂纛函图1-1杭州市轨道交通网线规划图(一摘自百度百科)大量的地铁建设伴随着大量盾构机的使用。盾构法自从1818年开始在法国使用开始，至今已经发展了接近2个世纪，盾构机也逐渐发展出适应于各种不同地质条件下的各种盾构机，目前国内主要采用土压平衡盾构为主。1浙江^学顺I学位论z粉砂±地基盾拘旌I*挖i稳定性豆环辘辩n研究1．1盾构法隧道的发展过程

4、1l1818年，洼国工程师布鲁诺尔在伦敦从船蛀在船板上蛀孔中得到启示，提出了盾构法

5、掘进隧道的原理并注册7专利，即所谓的敞口式手掘盾构的原型。布鲁诺尔于1823年拟定了横贯伦敦泰晤士河的一条道路隧道的计划，中途园地层下降致使工程中止。布鲁诺尔总结了失败的教训，制作了一个改进型的方形铸铁框盾构，经过7年的精心施工，在I841年终于贯通了横穿泰晤士河的隧道。1869年，工程师詹尼斯负责建造穿越泰晤士河的第二条隧道，呆用新开发的圆形盾构和扇形铸铁管片保障了工程的顺利进行，随后詹尼斯在l887年南伦敦铁道隧道施工中采用了盾构和气压组合工注获得了成功，为现在的盾构工法奠定了基础。1959年，用液体泥

6、水支撑隧道工作面的恕往由Gardner首次提出，并成功地试用于一条直径为335m的排污隧道。1960年，斯内德瑞特提出了用膨润土悬浮液的活动工作面支撑。1963年，土压平衡盾构首先由日本SatoKogyo公司开发出来，同时在1964年，英国摩特、安德森和约翰巴勒特等人提出了泥水加压平衡盾构掘进机原理。1974年，第一台土压平衡盾构在东京使用，此后，更多制造厂商以土压盾构、压力保持盾构、款泥盾构、土壤压力盾构，泥压盾构等名称生产了“土压平衡盾构“，固采用同一种工浩，国际上统称为“土压平衡盾构”(EPB)。19

7、86年，日本研制了世界上第一台双圆泥水加压式盾构(图I-2)，又称双头型泥水盾构或双联体泥水盾构，该双圆坭水加压式盾构是由两个直径为7,42m的盾构组合而成，盾构横向总宽度为1219m，刀盘呈半重叠状。在1992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构(图1．3)，并用于大阪市地铁7号线。目1-2双圊盾构示意图i”田1-3=圆盾柯示意图i20世纪60年代毗来，盾构工法得到了很大发展，其特点是完善圆形断面的各种平衡2浙江人学硕士学位论文粉砂土地基盾构施工开挖面稳定性及环境影响研究方式的盾构工法——气压盾构

8、、挤压式网格盾构、土压盾构、泥土加压式盾构、泥水盾构等。大量的地铁建设伴随着大量盾构机的使用，综合大量的工程设计和施工经验，盾构机在使用过程主要存在以下两个问题：开挖面稳定性控制和隧道施工对周围环境的影响控制。1．2隧道开挖面稳定性安全控制方法合理的开挖面支护压力设置可以保持开挖面的稳定性，确保盾构开挖面能够顺利地进行土层的切削、渣土的搅拌和运输等工作。为了找到在不同的地质条件下盾构隧道开挖面支护压力的合理设置值，国内外众多岩土工程界的学者和工程师做了大量研究。归结起来大概可分为以下几种方法：基于微观尺度的

9、模型分析、基于塑性极限分析理论的极限支护力求解、基于楔形体模型的极限支护力求解、模型实验法和数值分析法。1．2．1塑性极限分析理论Broms--Bennermark(1967)121最早提出了粘土中不排水开挖条件下的开挖面稳定系数，如式(1．1)表示：N=(仃，+)，何一q)／瓯(1．1)式中，N为开挖面稳定性系数；仃，为地面超载；y为粘土容重；日为隧道轴心到地表距离；q为隧道开挖面支护压力；＆为隧道轴心处土体的