盾构停推对土体扰动影响的分析.pdf

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1、第46卷第13期人民长江Vo1．46．No．132015年7月YangtzeRiverJuly，2015文章编号：1001—4179(2015)13—0051一O4盾构停推对土体扰动影响的分析羌培2，周文波(1．上海大学土木系，上海200072；2．上海隧道工程股份有限公司，上海200232；3．上海城建集团，上海200232)摘要：盾构掘进将对周围土体产生扰动，因此盾构施工将不可避免地导致地面沉降。相较于盾构正常推进时，盾构停推会引起更大的地面沉降，这与土体受到较大扰动有关。结合上海某公路隧道盾构施工实例，分别分析了地面沉降和超孔隙水

2、压力在盾构停推前后的历时波动曲线。分析结果表明，盾构停推阶段周围土体超孔隙水压力的消散程度与土体扰动程度是相对应的；土体受到盾构施工扰动时，孔隙水压力反应灵敏，而地面沉降存在一定的滞后性。关键词：盾构停推；土体扰动；地面沉降；超孔隙水压力；Pearson相关系数中图法分类号：TV554文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．13．014盾构隧道施工中，盾构通过之处难免对附近土体力也将马上增加，这种由外加荷载引起的附加孔隙水产生扰动。扰动程度的大小受到许多因素的影响，许压力，称为超孔隙水压力。如

3、果土体不能产生侧向位多学者对此进行了研究并取得了很多成果，例如周海移，超孑L隙水压力即等于外加荷载，土骨架受到的有效群研究了盾构掘进速度对地面沉降的影响⋯，发现其应力保持不变。在有边界排水的条件下，孔隙水将向最终取决于掘进速度变化幅度的大小；魏纲等人研究土层自由边界渗出，渗出的同时，超孔隙水压力降低并了施工参数对地面隆起的影响J，发现盾构机总推力逐渐趋于消失，这种现象称为超孔隙水压力的消散。对地面隆起影响最大；赵玉勃等人推导了盾构推进时在消散的同时，土骨架将产生压缩，孔隙减小，有效应正面推力、盾构与土体间的摩擦力引起的周围土体附力随之提

4、高。当超孑L隙水压力全部消散，孑L隙水渗出加应力表达式]，得到了周围土体附加应力沿圆周方随即停止，有效应力的增加值即等于外加荷载。向的分布规律；魏新江等人研究了盾构机参数关系及按照盾构施工的进程，盾构开挖至某处时，由于盾其对地层位移的影响，得出盾构穿越阶段地面沉降构刀盘面板和土舱内土体对前方土体的挤压作用和盾与土舱内外压力差值成反比。尾同步注浆压力的作用等施工因素，周围土层将形成盾构施工中由于各种原因会出现停推现象，包括超孔隙水压力区。盾构隧道周围的超孔隙水压力的分等待管片拼装和出土等工艺原因及机械设备故障等布形态如图1(a)所示，其中

5、，点A处的超孔隙水压力等。盾构停止时间较长时相应的地面沉降往往比正常与开挖面支护压力、盾尾同步注浆压力、注浆填充率等推进时大，说明盾构停推会加剧周围土体的扰动，这方有关。当盾尾离开该处后，由于土体表面的应力释放，面的研究鲜有发表。超大直径盾构由于开挖面积大，浆液凝固收缩引起压力下降，以及土体内孔隙水沿管停推对土体扰动的影响更加明显。本文结合上海某公片裂隙排出，隧道周围的超孑L隙水压力缓缓下降，呈现路隧道工程的试验段，对超大直径土压平衡盾构停推如图1(b)所示的形态，随着孔隙水排出，引起周围土对土体扰动影响进行研究。体固结，表现出来的是地

6、面沉降。1超孔隙水压力消散机理2试验设计在土体受到外加力时，孔隙水无法排出，孔隙水压为了深入研究盾构停推时间与地面沉降及超孔隙收稿日期：2014—10—24作者简介：羌培，男，高级工程师，博士研究生，主要从事盾构隧道施工方面的研究。E—mail：603785762@qq．corn52人民长江水压力的关系，在隧道施工试验段布置了4个监测断3地面沉降与停推时间的关系面，监测项目包括孔隙水压力和地面沉降，监测点平面布置见图2。上海某公路隧道施工中，盾构机在监测断面附近有两次较长时间的停推。在87环完成和88环开始推进之间，于2010年8月23

7、～24日停止了约19h。96^环推进过程中遇到机械故障，于2010年8月26～28＼＼／．、厂＼日停止了约31h。／图4为4个监测断面中心点地面沉降的历时曲B线。从图中可以看出，盾构停推使地面沉降不断增加，(a)开挖至同步注浆阶段(b)盾尾离开后恢复推进后，沉降减缓或者产生上抬趋势。通过两处图1隧道周边超孔隙水压力变化情况停推的对比可以发现，停推时间越长，地面增加的额外沉降越大。时间／d0l23456789101ll＼犟咝旧菪m0哪专；亏}哪图4各断面中心点地面沉降历时曲线图2地面沉降监测断面布置将两段停推时间地面沉降曲线单独进行研究，

8、对H90和H96断面上的超孔隙水压力监测点布置影响明显的沉降曲线进行了非线性回归分析，见图5。见图3，SK3系列表示H90断面的监测点，SK6系列表87环完成后停推阶段，开挖面附近的H90和H93断示H96