盾构穿越北京南四环的变形预测与沉降分析.pdf

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1、隧道与地下工程器Tunnel&UndergrOundEngineer．ng盾构穿越北京南四环的变形预测与沉降分析谭雪1，孙立柱2，邹彪2，栾文伟3，薛茹镜2(1．北京市勘察设计研究院有限公司，北京100038；2．北京市市政工程设计研究总院，北京1000822；3．北京住总市政工程有限责任公司，北京100029)摘要：盾构下穿南四环是北京地铁9号线丰台科技园站一科怡路站区间的重要环境风险，针对该风险工程的具体情况，使用FLAC3D软件对围岩力学状态、地表及管线沉降等进行数值分析，并根据实际施工参数及实测数据，通过理论与实际对比．说明严格控制盾构土压等施工参数对降低围岩扰动、

2、减小地表变形的重要意义。关键词：盾构隧道；施工参数；地表沉降；FLAC3D中图分类号：U455．43文献标志码：B文章编号：1009—7767(2011)01—0085—04Def0珊ationPredictionandSettlementAnalysisofBeijingSouthemForthIUngRoadCausedbyShieldTunnelingTanXue，SunLizhu，ZouBiao，LuanWenwei，XueRujing盾构法以其安全可靠、技术先进等优势，逐步成为城市暗挖隧道常用的施工方法。盾构法施工以保证开挖面的稳定为关键要素，而开挖面是否稳定直接

3、取决于盾构施工参数的控制情况，尤其是土舱压力和出土量。鉴于目前的设备尚未实现对出土量的信息化管理，所以盾构施工中对土压的控制就更为关键[1】。1盾构舱内压力与围岩力学状态分析盾构舱内土压的大小决定了围岩的力学状态、变形及破坏形式。围岩弹性、塑性及破碎区域的分布和地表变形都体现着开挖面的控制效果。盾构施工可以有效地控制地表变形．但无法保证零变形。地面及建(构)筑物在刀盘到达前一定距离内受到扰动而发生变形。在盾尾脱出后渐趋稳定，较为显著的变形一般发生在刀盘到达和盾尾脱出时。事实上，当盾构刀盘到达某位置时。若土压等参数控制得当，盾构掘进姿态良好，一般不会出现过大的隆起或沉降；当盾

4、尾脱出此位置时，由于盾尾同步注浆的影响。地表变形则不可避免。盾构开挖的过程伴随着围岩的应力释放，设定合理的土压从而有效支护开挖面是保持围岩稳定的重要措施。根据朗肯土压力理论【2]，以盯，、巩分别代表竖向、水平应力，盯。、cr0、民、分别代表主动、静止、被动土压力强度，将舱内土压从小到大划分为7个范围(见图1)，相应的围岩力学状态及破坏形式见表1。0图1土体应力状态(莫尔应力圆与包络线)2工程实例2．1工程概况北京地铁9号线丰台科技园站一科怡路站盾构区间在里程K2+287．2一K2+347．2下穿南四环路及路下有压管线．西线盾构先行通过，调头后东线穿越。南四环为交通繁忙地带，

5、车辆较多，辅路下埋设多种地下管线(主要为∥1150mm、∥1350mm污水管，3000mm×1750mm雨水管沟)。该区域段隧道覆土为10．5～12m，上覆地层依次为杂填土、粉土、砂土，洞身穿越地层为无水卵石。施工设备采用德国海瑞克土压平衡盾构，为满足砂卵石地层的掘进需要进行了设备改造，刀盘采用辐条+小面板式，开口率达42％，并配备无轴螺旋机以增加排石能力。根据地质条件，结合盾构选型及类似工程施工经验，推进时建议采用1．2倍的静止土压力，这样不但避2011耳第1期(1一)第29卷啼荭投术川盯85器隧道与地下工程Lfn_1e制fⅢ0r(】rou『1dLrⅢee，，lo表l盾构

6、舱内压力殛围岩力学状态i：Ⅲ范陶H＆iN±体的约求*拙±体{能自稳mI产生晰动破坏，引起地自变形nm妊i坍％，若位}有柬№目．水』=*失，№目损失P《。mf±体*女维镕m#∞№^．奠承目超m抗蜉％鹰乜纬线。殷易Hjm在日柑进m目等±m{*(尤j￡*#女由口Ⅲ＆*Knl情mt体目∞＆％．奠尔日与抗卿％＆包特线Ⅻ”±悼水平向忡Ⅸ列维持§性平衡的极限位ⅨⅡ挖i前方±体址f蚺性状卷女性Ⅸ来扩№§№Ⅻ．±体目部《坏．№表有一定m降。此＆W内i．Ⅸ越^．奠自；目《m，越接m弹性平衡，女±系数新增理培t最安±的状态，w盘无州向位移m＆有自身舳帮曲日Ⅻ转女*，±体nf主动伸*自*自Ⅲ镕的”

7、m．逃到弹性平衡(5一日)矾<口“‘以，*B半*．(5一b)矾<“=n，恻m^幕赦为I，太、小±应力^向存此分#。莫尔目靖为l点，"mf奠尔库仑Ⅱ沦0式‘pi体c自p均为0时但事实t井{存4。(5叶n‘以‘以水平应m从静n向硅曲J：Ⅱm太．弹性#奄向∞性状态转化《新小m*部破坏m袭有一≈睦8十体形成T&向Ⅸ限LMm被自Ⅲ％i％《自#+新∞#《＆m*§№HH#＆*m&R《±休挤璧极限+衡#《、失稳。月掏☆定这种±ⅨⅡ会Ⅲ坏±悻．造成±体臆力橐中．M舍引起地表^面机镕《**免丁土压不址引起的1。体同灌，lnJ且水会过度