有关于地层损失率的进一步研究.doc

有关于地层损失率的进一步研究 在目前上海地铁采用盾构法在软土层中建造隧道会引起地层变形、移动，而导致不同程度的地面和隧道的沉降、隆起。即使采用当前先进的盾构技术，也难完全防止这些变形。地面和隧道沉降达到一定程度时，就会影响附近建筑、地下设施和隧道本身的正常使用。在需要控制地层变形地区，进行盾构隧道设计施工，必须了解地层变形的规律，尽可能的准确地预测沉降量、沉降范围、沉降曲线最大坡度及最小曲率半径和对附近建筑设施的影响程度，并分析影响沉降的各种因素，以求在设计和施工中采取措施，减少地层变形。 一 地面沉降机理和预测 盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围土体受扰动，或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。目前仅讨论由于盾构施工引起的地层损失导致地面沉降这一原因。 1.地层损失 地层损失是盾构施工中挖土体体积和建成隧道体积之差。建成隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积，地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比表示。圆形盾构理论出土体积为盾构截面面积。周围土体再弥补地层损失中，发生地层变形，引起地面沉降。 引起地层损失的因素是： ⑴ 开挖面土体移动。盾构掘进时，开挖面土体受到水平支护应力小于原侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失，而导致盾构上方地面沉降；若盾构推进时，作用再正面土体的推应力大于原侧向应力，则正面土体向上、向前移动，引起地层负损失，而导致盾构前上方土体隆起。 ⑵ 盾构后退。在盾构暂停推进时，盾构推进千斤顶漏油而引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。 ⑶ 土体挤入盾尾空隙。压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不适当，使盾尾后周边土体失去平衡状态，向盾尾空隙中移动，引起地层损失。 ⑷ 改变推经方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或磕头推进过程中，实际开挖面不使圆形而是椭圆，引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大，则对土体扰动和超挖程度就越大，其引起的地层损失也越大。 ⑸ 随盾构推进而移动的盾构正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙，而又无法及时压浆填充，引起地层损失。 ⑹ 推进的盾构外周粘附一层粘土时，盾尾后隧道外周环形成空隙会有较大量的增加，如不相应增加压浆量，地层损失必然大量增加。 ⑺ 盾构移动对土层的摩擦和剪切。 ⑻ 在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起地层损失。饱和松软地层衬砌渗漏亦会引起地层沉降。 施工引起的地层损失可分为三类： 第一类：正常的地层损失。 盾构施工操作精心，没有失误，但由于地质和盾构施工方法的特定条件，在施工中总要引起不可避免的地层损失。一般说这种地层损失可以控制到一定限度，可通过变形弥补地层损失，因此施工沉降槽体积与地层损失相等。在均匀地质中，这种地层损失引起的地面沉降比较均匀。 第二类：不正常的地层损失。 因盾构施工操作失误而引起的地层损失，如隧道气压骤降，压浆不及时，开挖面超挖，盾构后退等。这种地层损失引起的地面沉降有局部变化的特征，如局部变化的幅度不大，一般还可以认为使正常的。 第三类：灾害性的地层损失。 盾构开挖面发生土体急剧流动或突发性的崩塌，引起灾害性的地面沉降。经常使敞开式盾构遇到水压大、透水性高的颗粒状土的透镜体或遇到地层中的贮水洞穴。在粘性土中局部土体强度降低过多而引起灾害性地面沉降的情况则很少见。 2.地面沉降的预测 盾构法施工日益广泛地被采用，盾盾构法施工引起地面沉降的研究也日益深入。派克1969年提出了地层损失的概念和估计盾构法施工引起地面沉降的实用方法，此后人们做了大量的工作，使之不断地完善，成为一种最常用的估算盾构法正常施工引起地面沉降的方法。而目前远程监控管理平台上所计算的地层损失率就是通过派克公式进行计算的。下面就将详细的介绍该方法。 派克假定施工引起的地面沉降是在不排水情况下的，所有沉降槽的体积应该等于地层损失的体积，假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地面沉降的横向分布为正态分布曲线。 地面沉降的横向分布估算公式为： 沉降槽宽度系数i的计算方法有很多种，下面只介绍Attewell公式中i的计算方法： 其中，r为隧道半径、Z为隧道的中心埋深。 而地层损失率的计算方法为： 其中，V为盾构的截面面积。 三 目前远程监控管理平台上的计算方法 目前远程监控分中心管理平台上所计算的地层损失率，大都是通过Peck公式来进行计算的，而且采用了一种更为简单的估算方法。下面就介绍这种估算方法： 目前的计算中，以7天为计算标准，认为7天后该点的沉降量为最大沉降量、且沉降量已稳定。（理论上要求是15天）Peck公式原本是估算地表沉降量的。我们目前是将其反算。根据地表沉降来计算地层损失率的。 根据5-25图的几何关系得到2.5i≈Z带入到5-26的公式当中就可以将地层损失量计算出来。然后根据地层损失率的计算公式