地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题研究_戚国庆.pdf

第卷增岩石力学与工程学报增一
年月人介肠”,

地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题研究,

戚国庆黄润秋

成都理工大学地质灾容防泊国家专业实脸室成都

摘要盾构法是今后城市地铁隧道的主要施工方法。我国虽然在盾构法隧道施工方面已取得了一定的成功经验和
技术积累,但在与之相关的地质工程领域内,仍然存在许多尚待解决的理论和技术问题。依据现有的文献以及成
功经验,对盾构法隧道施工中的地面沉降以及地面沉降范围估计方法进行了研究,并认为,盾构法隧道施工引起
的地面沉降主要是由于其产生的附加应力造成的,地面沉降范围估计应采用多种方法进行综合评判同时,阐述
了附加应力对周围建筑物及地层的影响。
关锐词隧道工程,盾构法施工,地面沉降,地面沉降范围估计,附加应力
分类号文献标识码文童编号沁‘增一·

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盾构法开始广泛应用于公路隧道、地铁隧道、铁路
雀隧道、下水道、工设川我国盾
‘刁市政管道等程建中
构施工研究始于世纪年代。上海地铁号线
盾构法源于年法国工程师隧道以及南京越江隧道采用盾构法施工获得成功

,
的矩形盾构的发明和应用。世纪后期,盾构法施冈为我国在含水软土地区的城市中修建地铁隧道
工工艺和相关技术得到了完善。进入世纪以来,提供了许多可供借鉴的成功经验。

岌沁」年月日收到初摘,年月日收到修改价。
国家自活科学签金,大研究计月资助项目加砚卜
作者成国庆筒介男,”岁,博士现任离级工怪师,主要从事地质工理方面的研究工作。翻‘叨硬妙汕

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··岩石力学与工程学报年

,
由于盾构法施工具有地面影响小、机械化程度附加应力,若沿着盾构轴线方向为轴垂直于
高、安全、工人劳动强度低、进度快等优点,近盾构轴线方向为轴,铅垂方向为轴,建立坐标

,,
年来发展较快,并将成为今后城市地铁隧道的主要系如图所示盾构轴线距地表距离为隧道

。
施工方法。盾构在软土层中进行掘进施工,会引起半径为
层移动而导不同程的地面和隧沉,当沉
地致度道降甲
、
陷达到一定程度时就会影响地面建筑地下设施和之
隧道本身的正常使用因而,对于地面沉降的范围
以及沉降量的估算就成为国内外学者普遍关注的问
题本文对目前我国在盾构法隧道施工中遇到的地一
面沉降问题进行了探讨。
图盾构一施工坐标系
也卿鱿比侧劝
盾构法施工中的地面沉降分析
利用公式,可求得盾构推进在土中引
盾构法隧道施工引起的地面沉降按时间先后可起的附加应力分布
’一,
以分为个阶段先期沉降土体因地下水风对周圈地下建筑物的影晌

,
位下降而导致土体固结沉降发生在盾构刀盘到达盾构垂直于地下管线上下通过时,或在盾构左

,
切口前处占总沉降量的右范围内有地下建构筑物和桩体时,盾构推进在

,
盾构到达时沉降即由于开挖卸荷土体发生弹性或土体中引起的会使地下管线或地下建构筑物沿

,
塑性变形而导致的沉降发生在盾构刀盘到达切口盾构推进方向产生挠曲变形。在土体中沿和
前至切口后处,占总沉降童的轴方向的分布规律,见图,
盾构通过时沉降,即由于盾壳和土层间从图,可以看出在盾构推进面前方不同位
的摩擦剪切力导致土体向盾尾空隙后移而发生的弹置,正面推力产生的附加应力的大小和扩散程度不
塑性变形,发生在盾尾通过切口后至盾尾脱出同,靠近推进面的地方,应力值大,衰减快,影响
处,占总沉降里的盾尾空隙沉范围较小,而远离推进面的地方,应力向两边扩散,
降,即由于尾部空隙增加且沉、底土扰动而发生
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的沉降发生在盾尾脱出至继续推进处占总介汀卜
沉降里的长期延续沉降,即心
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由于土体姗变产生的塑性变形导致的沉降发生在之
汉
盾尾通过后约,占总沉降量的。
由此可见,地面沉降主要是弹塑性剪切变形、

。一‘曰目口巴之一、
主固结变形和姗变压缩变形三者叠加而成森氏认
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为,对地面沉降进行理论分析时,不能忽视地层扰到

、,
动剪切应变和压密现象总沉降应包括建筑空隙图氏沿轴的分布曲线
产生的弹塑性变形和剪应变产生的固结即挤压致氏山尹,

密沉降量场几
实践表明,盾构通过时地面中心沉降量与扰动。孕
范围有较好的线性关系,并且还和盾构推力、建筑
、、埋、
空隙的注浆时间间隔注浆回填率藏深度隧工乃戈
道直径之比、土层性质等相关,而且,盾构开挖面
的变形还和盾构直径的次方成正比例关系。
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引起地面沉降的附加应力‘
图沿的分布曲线’