软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

发布时间：2019-07-31 20:25

【摘要】：类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明:类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。
【图文】：

交通流量非常大，两侧建筑密集，环境保护要求高，为减小盾构施工对周边建筑物的影响，应尽量加大隧道至两侧建筑物的距离。通常的单圆盾构由于施工工艺的限制，，难以减小横向空间占用，双线单洞的大直径单圆盾构由于覆土厚度限制难以实施，而双圆盾构海鸥块背土严重，在此背景下考虑采用类矩形盾构。由于国内尚无类矩形盾构施工先例，为探索并验证类矩形盾构机、管片设计、施工控制、测量监测等方面技术，在宁波4号线施工前选定宁波3号线姜山镇出入段线作为示范工程。2.1工程概况宁波3号线试验段采用的类矩形盾构机如图1所示，盾构机长11.46m，刀盘由2个反向旋转的辐条式大刀盘和一个偏心多轴驱动仿形刀盘组成，2个大刀盘的中心距小于大刀盘半径之和，相位差90°，偏心刀盘位于盾构机切削面的中央位置，弥补大刀盘未能切削的部分，刀盘开挖尺寸为11830mm×7267mm(宽×高)，开挖面积为71.98m2；盾尾配备8个注浆管，每2个一组，共分拱顶、拱腰上、拱腰下、拱底4组；盾构机采用左右2个螺旋输送机出土，2套机械臂拼装管片。如图2所示，每环管片由10块标准块管片和1块中间立柱构成，管片外包尺寸为11500mm×6937mm(宽×高)，厚度450mm，环宽1200mm。图1盾构机实物图Fig.1Quasi-rectangularshieldmachine

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

第36卷第6期司金标等：软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析1553图2类矩形盾构管片图(单位：mm)Fig.2Segmentsforquasi-rectangularshieldtunnel(unit：mm)2.2工程地质盾构区间全长390.3m，区间隧道纵坡最大坡度35‰，最小平曲线半径400m。盾构从高塘桥站始发，现状地面主要为农田，主要穿越土层为淤泥质黏土层和淤泥层，该土层呈现软塑性状态，土体强度低、压缩性高、渗透性低、灵敏度高，地质纵断面图如图3所示，隧道上覆土厚度5.3～9.8m。各土层的物理力学参数如表1所示。3地层变形实测与分析3.1现场实测为探究类矩形盾构施工对周围不同空间位置土体的扰动情况，需要测量土体分层沉降；地表变形作为评价环境影响的最直观指标，在整个施工过程中也需要监测。施工现场沿隧道走向布置有多组地表沉降监测断面和分层沉降监测断面，监测点布置范围约隧道中心线两侧各25m。本文选取2个地表沉降监测断面DM21，DM34和1个分层沉降监测断面DM25作为研究对象，3个断面分别位于从始发井开始第21环、第25环和第34环管片位置，由于该段纵坡坡度很小，3个断面处隧道上覆土厚度均为9.7m，约1.5倍隧道高度。DM21，DM34断面均布置8个监测点，DM25断面布置3个分层沉降测孔，各监测点位平面布置如图4所示，其中DM21 4，DM34 4布置在左线中心线上方，DM21 5，DM25 2，DM34 5布置在图3类矩形盾构区间地质纵断面图Fig.3Geologicalprofileoftherectangularshield-drivensection表1土层物理力学参数Table1Physico-mechanicalparametersofsoilstrata土层层厚/m重度/(kN·m－3)压缩模量/MPa内摩擦角/(°)黏聚力/kPa回弹模量/MPa静止侧压力系数①1杂填土1.518.03.4117.725.013.560.60①3淤泥1.716.41.
【作者单位】：同济大学道路与交通工程教育部重点实验室;宁波市轨道交通集团有限公司;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51478353)~~
【分类号】：U455.43

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