地铁隧道盾构施工引起的地面沉降规律分析.docx

土压平衡盾构施工引起的地面沉降规律分析

城轨公司杨小飞

【摘要】本文对广州地铁6号线盾构2标区间盾构隧道施工过程的地面沉降监测数据进行分析，探讨了盾构施工过程地表沉降规律及其影响范围和程度，包括沉降槽分布形式、沉降随时间发展规律、沉降量概率分布的统计分析等，并用数学函数加以表达。研究结果对今后类似工程施工过程的隧道周边建（构）筑物的保护，施工参数的优化以及工程的顺利实施具有参考价值。
【关键词】盾构沉降拟合

1.引言
地铁交通在我国正处于发展阶段，由于盾构施工法的安全性和先进性，盾构技术在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。由于地铁隧道多位于城市中心繁华地带，地下管线和地面建筑物众多，施工过程多少都会扰动地层，要完全消除地表沉降是很困难的。盾构施工过程的沉降会对地面建筑物的安全造成威胁甚至引起破坏，国内外已对施工沉降进行了大量研究，提出了许多沉降计算模型［1,2］，如Peck模型（1969），Attewell模型（1981），O’Reilly-New模型（1982），藤田模型（1982）等。国内专家也对国内地铁盾构施工过程的沉降规律进行了总结［3］-［5］，得到了许多具有共性的认识。但由于广州地区地质条件复杂，对沉降规律的定量研究还比较少。本文对广州地铁6号线2标区间盾构隧道施工过程的地表沉降规律及其影响范围进行研究，以期对今后类似工程建（构）筑物的保护，施工参数的优化提供参考依据。
2.工程概况
广州地铁6号线2标区间隧道采用盾构法施工。区间隧道由两条并行的单线隧道组成，其中已完成施工的【大坦沙站-如意坊站盾构区间】左右线隧道间距8.1～26m，左右线隧道总长2859.2m，隧道埋深4.7～27.8m，线路最小水平曲线半径500m，最大坡度30‰。盾构机采用德国HERRENKAG公司生产的土压平衡式盾构（EPB），盾构机刀盘直径6280mm，采用盾尾同步注浆（砂浆）方式。隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，管片环外径6000mm，内径5400mm，管片宽度1500mm。【大-如盾构区间】上覆第四系为人工填土层、淤泥层、淤泥质土层、淤泥质粉细砂层、粉质粘土、粉土层、冲积－洪积粉细砂层、冲积－洪积中、粗、砾砂层、冲积－洪积土层、可塑或稍密~中密残积土层、硬塑或密实状残积土层。下伏基岩白垩系、石炭系棕红色、红褐色岩石，风化程度不均一，软硬夹层较多。
3.沉降观测方法
3.1观测仪器及要求
采用精密水准尺仪，铟钢水准尺、30m检定过的钢卷尺进行沉降观测。线路沿线一般的多层建筑物和地表沉降，按国家三等水准测量技术要求作业，高程中误差≤±2.0mm，相邻点高差中误差≤±1.0mm。
3.2沉降观测点的布设
正常情况下，沿隧道中线上方地面每隔5m布设一个沉降观测点，每隔20m建立一个监测横断面，该断面垂直于隧道中线，每个断面上布设5个观测点，其中隧道中线上方一个点，左右间隔5m各一个点。对于软弱土层、或埋深较浅的区域，应根据隧道埋深和围岩地质条件，加密监测断面和测点。
当隧道上方为混凝土路面时，常布设两种沉降观测点，即分混凝土路面及路面以下土层两种，路面部分沿线路中线每20m布设一个观测断面，观测点直接布设在路面上，以量测路面沉降量；为了防止路面硬壳层不能及时、准确反映地层实际沉降情况，造成路面下方虚空，需钻穿混凝土路面并在路面以下地层中打入短钢筋布设观测点，以便对地层的沉降情况进行监测。
3.3项沉降观测频率
盾构机机头前10m和后20m范围每天早晚各观测一次，并随施工进度递进；范围之外的监测点每周观测一次，直至稳定。当沉降或隆起超过规定限差（-30/+10mm）或变化异常时，则加大监测频率和监测范围。
4.沉降槽分布形式分析
4.1横断面沉降曲线
图1、2是不同里程处隧道上方地表横断面沉降槽分布曲线。一般地，隧道中线上方沉降量最大，沿两侧逐渐减小，大部分沉降曲线形状基本符合Peck的正态分布曲线。但有一部分沉降曲线左右并不对称，特别是左线隧道（后行）沉降曲线，大部分向右偏移，即左线隧道右上方地表沉降量较大，这除了与左右地质条件差异有关外，主要是由于受先行隧道（右线隧道）的影响，此外还可能与注浆以及刀盘旋转方向有关。因此，地表沉降量最大值往往不是在隧道中线上方，而是出现在左右线隧道之间偏向后行隧道中线附近，当左右线间距较小时，这种情况更为明显。

图1横截面沉降槽分布曲线图（左线隧道﹝后行隧道﹞）

图2横截面沉降槽分布曲线图（右线隧道﹝先行隧道﹞）
关于横断面沉降槽分布规律前人已进行过大量研究，提出了很多沉降槽计算模型，如Peck公式（1969），Attewell公式（1981），O’Reilly-New法（1982），藤田法（1982）等。其中应用最广泛的是Peck公式，其他公式基本可看作是对Peck公式的修正，仍保留沉降槽