地铁盾构施工对周边环境影响的研究.pdf

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1、116低温建筑技术2013年第7期(总第181期)地铁盾构施工对周边环境影响的研究张啸辰，王春晖(1．同济大学土木工程学院建筑工程系．上海200092；2．青岛市水利局西海岸供水管理处．山东青岛266555)【摘要】预测并控制地铁盾构施工对周边环境的影响日益成为我国城市建设的重要课题，本文通过对盾构施工扰动机理的研究，结合abaqus有限元算例，分析了盾构施工影响周边环境的控制因素及上部结构与土体共同作用下的土体沉降规律。【关键词】盾构施工；土体扰动；上部结构；有限元；abaqus【中图分类号】TU745．3【文献标识码】B

2、【文章编号】1001—6864(2013)07—0116—03在我国城市化进程中，交通压力日益成为制约城动土体、加载与卸载、改变孔隙水压力引起土体性状的市发展的瓶颈问题。为分流路面交通压力，有效利用变异、地表隆起或下沉等。针对盾构施工对土体产生城市空间，地下轨道交通的建设不失为城市发展规划的影响规律机理，国内外学者做了长期大量的研究。的战略选择。盾构法施工由于施工速度快、不影响地1．1早期预测地表沉降的经验公式上交通、对上部结构影响较小等特点广泛应用于地铁基于对隧道表面沉降槽形状的观察及大量实测隧道施工中。虽然盾构施工相对安

3、全可控，却仍然不值数据，Peck最早提出了预测地面变形的公式。1969可避免对周边土体产生扰动、进而影响地面结构。若年Peck首次提出了预测地表沉降的经验公式，Peck施工控制不当，地面沉降、地层移动达到一定程度就可认为隧道盾构在施工阶段地面沉降由土体损失引起，能影响周围建筑物的安全和正常使用。公式假定土体不可压缩、不排水，沉降槽体积等于土体盾构施工首先产生周边土体扰动，引起土层位移，损失的体积，横向地面沉降量大致呈正态分布。估算进而导致与土层接触的建筑物、构筑物、管线等设施的公式为：变形。对于盾构施工影响周边环境的研究，通

4、常从土s()=Smaxexp体扰动机理开始。Z1盾构施工对土体扰动研究Smax地铁盾构施工通过盾构机(TBM)沿隧道土层掘进、出渣，即时控制开挖面与围岩不发生坍塌或失稳，Vl=叼丌R并在机内完成管片拼装、形成衬砌，进而实施壁后注Peck公式对此后的工程实践与科学研究有十分浆。地铁盾构施工引起土体的扰动主要通过挤压或松深远的影响，很多学者基于此公式进行修正研究。大，由图可知，冻土最大融化边缘为260mm，所以桩基光直射，其内部温度变化受气温影响最大，而施工时节础水化热的扩散半径应为760mm。正值5月份以后，温度逐日升高，造成

5、地表以下2m内5结语冻土温度的升高；但深于10m以下的冻土温度受到外从扩散半径角度来看，以混凝土桩中心为圆点，冻界气温的影响非常小，几乎没有变化趋势。土的扩散半径达到760mm以上，距离圆心越近的冻距离混凝土桩越近，距离地表越浅的冻土是混凝土，其内部温度受水化热影响越明显，尤其是与桩身直土桩施工中最易受干扰的部位，其受气温影响和混凝接相邻的冻土内温度变化规律，与理论上的水泥水化土水化热影响最大，回冻期较长，这与施工时节正值春放热曲线规律非常相近。与桩身直接相邻的冻土在混夏季节有密切关系。因此，在多年冻土地区施工混凝凝土浇筑后

6、前50d左右处于融化状态，50d后回冻；而土桩基础，应尽量避开春夏高温季节，避免对上层扰动距离桩身300mm及以上冻土虽然受混凝土水化热影增加，回冻期延长。响有所上升，但都没有达到0~C以上，不会产生融化。从影响深度角度来看，随冻土深度增加，其温度受[收稿日期]2013—04—02到上部大气温度的影响程度减小。由于浅层冻土受阳[作者简介]李明贤(1965一)，男，山东莒南人，助理工程师，从事基础工程专业。张啸辰等：地铁盾构施工对周边环境影响的研究117Clough和Schmidt提出在饱和塑性粘土中，地表沉降头、抬头、曲线推

7、进会导致超挖，使实际开挖面大于设槽宽度=R(z／2R)“，式中，=为隧道中心埋深；R为计开挖面，进而引起多余的地层损失。隧道半径。随后的研究中，Attwell等学者进一步修2．4盾尾空隙与壁厚注浆的影响正了沉降槽宽度系数i；Oreilly和New则提出和z近千斤顶推动TBM前行，使原本位于盾壳内部的衬似线性相关。砌脱离盾壳，盾尾衬砌管片与土层间形成了空隙使土1．2隧道及地下结构的弹塑性有限元分析体松动，引起地面沉降。在管片脱离盾尾的同时进行随着信息技术的发展，计算机的运算性能得到了壁后注浆可以减小因盾尾空隙引起的地应力释放及

8、极大提高，使得数值模拟分析盾构引起的周边环境影地层损失。实际灌浆压力如果大于地层劈裂压力，浆响成为可能。目前的各种有限元分析软件如ansys、液会沿劈裂面挤入土体扰动地层，使地面沉降增大，控abaqus、Midas—GTS、Plaxis等都可以用于盾构施工的制注浆压力不超过地层辟裂压力，是