盾构施工引起的地表沉降.ppt

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1、盾构施工引起的地表沉降北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心北京BeijingJiaoTongUniversityResearchCenterofTunnelingandUndergroundWorks，Beijing2008年5月报告人：袁大军教授引言盾构法施工原理盾构施工引起的土体变形邻近建筑物工况下盾构施工引起的地面沉降主要介绍内容一、引言地铁因其运输能力大、速度快等特点在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，尤其在人口密集的大城市，对于缓解地面交通压力，效果更是不可替代。我国地铁建设开始进入大发展时期。目前中国有约20多个大城市正在建设和筹建自己

2、的轨道交通。其中，北京、上海、广州正在扩建地铁网络，深圳、南京、杭州、天津、成都等城市也在兴建地铁。城市地铁修建等地下工程的施工方法有明(盖)挖法、暗挖法、盾构法等，各种方法都有其优缺点和适用条件，其中盾构法以诸多优势成为城市地铁隧道采用较多的施工方法。该法可在各种工程地质和水文地质条件下使用，具有机械化程度高和施工速度快等优点。从综合效益观点看来，是一种比较经济的方法。1825年法国工程师M，A.Rrunel发明盾构法施工，而后盾构法经历了从手掘式、挤压式、气压式到土压平衡和泥水加压式的盾构。1894年，盾构法首次应用到地铁隧道建设中，到20世纪80年代

3、末，大约有32个国家和地区81座城市修建了290条地下铁道线路，总长计S000km，这些隧道基本上是用盾构法施工完成的。盾构法施工过程中不可避免地对隧道周围的环境造成影响，尤其是地层沉降带来的影响尤为明显，对周围环境的影响也非常的显著。尽管盾构机在不断的发展，但无论盾构隧道施工技术如何改进，由于施工技术、工艺质量及周围的环境和岩土介质的特点，其施工引起的地表沉降是不可能完全消除的。盾构推进对周围环境的影响主要表现在盾构推进引起的地表沉降。地表沉降过大时，会影响到盾构隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营，特别是在建筑物、道路、地下管线密集的城市修建地铁，隧道

4、施工引起的地表沉降更应引起人们的高度重视。二、盾构法施工原理盾构隧道施工法是指使用盾构机，一边控制开挖面及周围土体不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，从而不扰动周围土体而修筑隧道的方法。盾构机的所谓盾是指保持开挖面稳定性的刀盘和压力舱、支护周围土体的盾构钢壳，所谓构是指构成隧道衬砌的管片和壁后注浆体，如图2-1所示。图2-1盾构机组成图盾构法施工是一个非常复杂的工程过程，它对周围环境的影响与施工技术环节密切相关。早在1969年Peck就指出盾构法施工引起的地层损失以及对相邻结构的影响与施工的具体细节是分不开的。因

5、此，理论分析时只有准确把握盾构施工的主要因素才能得出符合实际情况的结果。盾构施工阶段主要包括以下几个主要的技术环节：（1）土体开挖与开挖面支护土压平衡式盾构施工过程中，通过切削刀盘的切削前方土体。挖土量的多少由刀盘的转速、切削扭矩以及千斤顶推力决定，排土量的多少则是通过螺旋排土器的转速来调节。因为土压平衡式盾构机是借助土压舱内土体压力来平衡开挖面土水压力的，为使土压舱压力波动较小，施工中要经常调节螺旋排土器的转速和千斤顶的推进速度，来保持挖土量和排土量保持平衡。(2)盾构推进与衬砌拼装盾构依靠千斤顶推力作用向前推进。盾构推进过程中需要克服开挖面土体压力、摩

6、擦阻力和内部机械设备阻力，盾构的总推力必须根据各种阻力的总和及其所需要的富裕量决定。推力过大会使正面土体因挤压而前移和隆起，而推力过小又影响推进速度。千斤顶推动盾构前进后，依次收缩千斤顶在盾构内部拼装衬砌。(3)盾尾脱空与壁后注浆千斤顶推动盾构机向前推进时，使得本来位于盾构壳内部的拼装衬砌脱出盾壳的保护，在衬砌外围产生建筑空隙(其体积等于盾壳对应圆筒体积与盾尾操作空间体积之和)，引起较大地层损失，如不采取补救措施会引起很大的地层位移和地面沉降。壁后注浆是对盾尾形成的施工空隙进行填充注浆，以减小由于盾尾空隙而产生的地基应力释放和地层变形，是盾构施工的重要环节

7、之一。如图2-2所示，壁后注浆是通过在盾构壳上设置注浆管，在空隙生成的同时进行注浆的同步注浆方式和通过管片上预留的注浆孔进行注浆的及时注浆方式两种，其中同步注浆更有利于地基沉降的控制。注浆压力一般取1.1~1.2倍的静止土压力，通常采用0.3~0.4MPa，略大于隧道拱底的土压力，为拱顶土压力的2倍以上。压浆量一般为理论注浆量(盾尾空隙)的140~180%。图2-2盾尾空隙和壁后注浆三、盾构施工引起的土体变形地表变形的原因地表变形的表现形式和机理地表变形的分布范围盾构施工工艺对地表变形的影响3.1地表变形的原因地表变形，是由于盾构法施工而引起隧道周围土体的

8、松动和沉陷，它直观表现为沉降或隆起。受其影响隧道附近地区的构筑物将