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【摘 要】 文章主要围绕着地铁暗挖施工沉降控制措施,先是分析了地铁暗挖施工沉降的原因,在此基础上,提出了一些关于沉降控制措施的看法,以期對同行们的工作可以有一定的借鉴意义。
【关键词】 地铁施工、地铁暗挖、施工沉降
一.地铁暗挖施工沉降的原因分析
从其机理上分析,地铁施工影响地层沉降程度主要是开挖施工引起的地面沉降以及降水施工引起的沉降。
1、开挖施工的影响
在进行地铁开挖施工时,在封闭开挖面之前,由于应力释放将引起一定程度的地层收缩变形,进而导致地表下沉;在暗挖施工分台阶进行过程中,在上台阶支护和下台阶封闭成环前,拱顶产生的沉降会导致地表产生一定程度的下沉;开挖初支与土体之间在网喷混凝土施工后势必会存在空隙或孔洞,在初支背后回填注浆之前,土体的自由沉积也会导致地层沉降。
一般来讲,地铁车站等地下结构具有较大复杂性,实施暗挖法进行开挖施工通常分层、分步开展。开挖施工分阶段进行将会较大程度对地层造成重复扰动,由于群洞效应会导致地表沉降加剧,特别是不同结构相交地段开挖重复影响剧烈,除了受力情况较为复杂之外,还由于具有较多影响因素,所以,产生较大累计沉降。
2、降水施工的影响
为满足地铁施工无水作业要求,需开展降水施工。当在饱和粘性土弱透水层上下方的含水层降水时,在水压力减小的情况下土层的总应力却保持不变。这种情况下,由于裂缝水压力减小,势必会导致颗粒间有效应力增大,继而导致土层出现沉降。由于含水砂层透水性良好,其中,有效应力的增大相当于水压力的减小,含水层通常可看成弹性体,有效应力增大导致其压密、沉降。
导致地面沉降的主要原因是在地铁降水施工过程中,抽吸地下水导致水位或水压下降,导致上覆土层有效自重压力增大,形成的附加荷载造成土层固结。在降水井进行降水施工过程中,地下水渗透补给降水井,不仅有地下水,伴随地下水的还有细小的土体颗粒(降水井滤网的细密程度决定了土体颗粒大小)。土体流失也能导致地层沉降,沉降值以降水井为中心向四周递减。
二.控制地层沉降的对策
地表下沉是多因素的综合作用。在地层条件一定的情况下,合理的设计与巧妙的施工乃是控制地表下沉的最为关键的手段。
2.1领会并严格执行“十八字方针”
浅埋暗挖法是在城市地铁隧道施工历经多地区实践基础之上提出的具有我国特色的软土隧道施工方法。它的精神实质及要领都融合在这十八字方针里——“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。“管超前”不仅仅是简单地利用小导管等进行超前预加固支护,其加固效果与小导管直径、长度、间距、安设角度、搭接长度以及浆液等都有关系;“短开挖”不是指台阶长度短,而是指控制循环进尺,少扰动地层,开挖范围小且留核心土;“快封闭”不仅仅是指全断面及早封闭,在分部开挖中,每一分部开挖面也应能尽快封闭。
2.2适度排放地下水
地下水的排放无疑会使上覆地层尤其是风道工作面附近地层的强度增加,刚度变大。但对于粗砂层等特殊地层,过度抽排地下水,会使多孔介质土层超固结,反而引起地表大范围沉降。因此,在能保证工作面稳定、能保证正常开挖的条件下,应尽量减少地下水的抽排,可根据情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道,采取地表或洞内注浆措施封堵部分地下水;采取地表或洞内降排水时,尽量缩短抽排时间,掌子面开挖过后及时停止;采取断面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面;根据具体地层条件,及时调整小导管、格栅支护参数、注浆参数,确保注浆效果。
2.3确定适合地层条件的施工方法。
为有效控制地表沉降,台阶法应预留核心土,台阶长度应根据地层条件确定,地层愈软,台阶长度愈长;为使开挖各分部早闭合,上下应同时施工,按个按照规范要求的开挖循环进尺进行施工,特殊地段每循环开挖完成后,应及时喷射混凝土封闭开挖面。
2.4拉开风道导洞的开挖距离
风道分导洞开挖时,应严格控制各导洞开挖面的步距,尽量减少导洞开挖对地层沉降的叠加影响。软弱围岩其沉降影响范围大,建议两相邻工作面的开挖距离控制在15m以上。
2.5缩短开挖进尺。
城市地铁尤其是软弱地层风道,开挖进尺应尽量小。根据实践经验,建议每循环进尺以一榀钢架间距为宜。
2.6加快工作面的推进速度。
工作面速度的加快,意味着各工序施工时间的缩短,地层应力的释放得到有效控制,地层内部的变位调整也将减小。
2.7增大初期支护刚度。初期支护施作后,本身有一个徐变过程。超前支护,一般采取增大小导管直径、减小布置间距、严格注浆等措施加强;钢格栅,在间距一定时,宜增大主筋直径,增大支护初期刚度,以控制沉降。
2.8合理安排二次衬砌时间。孔隙水的调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程。软弱富水地层,随着渗排水,地表大范围沉降,初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强,因此,软土风道应及时施作二次衬砌。长春地铁风道的实践表明,二次衬砌施作后,地层变位趋于稳定。
结束语
在进行地铁工程施工时地铁暗挖施工所引起的沉降是不可避免的,但为了地表、管线及建筑物的安全,必须将这种沉降控制在一定范围内。尽管地铁施工具有复杂的环境、很高的施工难度、施工受很多因素影响,但是现阶段世界地铁施工技术逐渐趋于成熟,此外,在地铁施工快速发展的推动下,涌现了许多新技术及新材料,这下新技术和新材料的应用将会不断提高地暗挖施工沉降的控制效果。
参考文献
[1]夏才初。潘国荣.土木工程监测技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2001
[2]金日守、戴华阳,误差理论与测量平差基础[M],北京,测绘出版社,2011
【关键词】 地铁施工、地铁暗挖、施工沉降
一.地铁暗挖施工沉降的原因分析
从其机理上分析,地铁施工影响地层沉降程度主要是开挖施工引起的地面沉降以及降水施工引起的沉降。
1、开挖施工的影响
在进行地铁开挖施工时,在封闭开挖面之前,由于应力释放将引起一定程度的地层收缩变形,进而导致地表下沉;在暗挖施工分台阶进行过程中,在上台阶支护和下台阶封闭成环前,拱顶产生的沉降会导致地表产生一定程度的下沉;开挖初支与土体之间在网喷混凝土施工后势必会存在空隙或孔洞,在初支背后回填注浆之前,土体的自由沉积也会导致地层沉降。
一般来讲,地铁车站等地下结构具有较大复杂性,实施暗挖法进行开挖施工通常分层、分步开展。开挖施工分阶段进行将会较大程度对地层造成重复扰动,由于群洞效应会导致地表沉降加剧,特别是不同结构相交地段开挖重复影响剧烈,除了受力情况较为复杂之外,还由于具有较多影响因素,所以,产生较大累计沉降。
2、降水施工的影响
为满足地铁施工无水作业要求,需开展降水施工。当在饱和粘性土弱透水层上下方的含水层降水时,在水压力减小的情况下土层的总应力却保持不变。这种情况下,由于裂缝水压力减小,势必会导致颗粒间有效应力增大,继而导致土层出现沉降。由于含水砂层透水性良好,其中,有效应力的增大相当于水压力的减小,含水层通常可看成弹性体,有效应力增大导致其压密、沉降。
导致地面沉降的主要原因是在地铁降水施工过程中,抽吸地下水导致水位或水压下降,导致上覆土层有效自重压力增大,形成的附加荷载造成土层固结。在降水井进行降水施工过程中,地下水渗透补给降水井,不仅有地下水,伴随地下水的还有细小的土体颗粒(降水井滤网的细密程度决定了土体颗粒大小)。土体流失也能导致地层沉降,沉降值以降水井为中心向四周递减。
二.控制地层沉降的对策
地表下沉是多因素的综合作用。在地层条件一定的情况下,合理的设计与巧妙的施工乃是控制地表下沉的最为关键的手段。
2.1领会并严格执行“十八字方针”
浅埋暗挖法是在城市地铁隧道施工历经多地区实践基础之上提出的具有我国特色的软土隧道施工方法。它的精神实质及要领都融合在这十八字方针里——“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。“管超前”不仅仅是简单地利用小导管等进行超前预加固支护,其加固效果与小导管直径、长度、间距、安设角度、搭接长度以及浆液等都有关系;“短开挖”不是指台阶长度短,而是指控制循环进尺,少扰动地层,开挖范围小且留核心土;“快封闭”不仅仅是指全断面及早封闭,在分部开挖中,每一分部开挖面也应能尽快封闭。
2.2适度排放地下水
地下水的排放无疑会使上覆地层尤其是风道工作面附近地层的强度增加,刚度变大。但对于粗砂层等特殊地层,过度抽排地下水,会使多孔介质土层超固结,反而引起地表大范围沉降。因此,在能保证工作面稳定、能保证正常开挖的条件下,应尽量减少地下水的抽排,可根据情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道,采取地表或洞内注浆措施封堵部分地下水;采取地表或洞内降排水时,尽量缩短抽排时间,掌子面开挖过后及时停止;采取断面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面;根据具体地层条件,及时调整小导管、格栅支护参数、注浆参数,确保注浆效果。
2.3确定适合地层条件的施工方法。
为有效控制地表沉降,台阶法应预留核心土,台阶长度应根据地层条件确定,地层愈软,台阶长度愈长;为使开挖各分部早闭合,上下应同时施工,按个按照规范要求的开挖循环进尺进行施工,特殊地段每循环开挖完成后,应及时喷射混凝土封闭开挖面。
2.4拉开风道导洞的开挖距离
风道分导洞开挖时,应严格控制各导洞开挖面的步距,尽量减少导洞开挖对地层沉降的叠加影响。软弱围岩其沉降影响范围大,建议两相邻工作面的开挖距离控制在15m以上。
2.5缩短开挖进尺。
城市地铁尤其是软弱地层风道,开挖进尺应尽量小。根据实践经验,建议每循环进尺以一榀钢架间距为宜。
2.6加快工作面的推进速度。
工作面速度的加快,意味着各工序施工时间的缩短,地层应力的释放得到有效控制,地层内部的变位调整也将减小。
2.7增大初期支护刚度。初期支护施作后,本身有一个徐变过程。超前支护,一般采取增大小导管直径、减小布置间距、严格注浆等措施加强;钢格栅,在间距一定时,宜增大主筋直径,增大支护初期刚度,以控制沉降。
2.8合理安排二次衬砌时间。孔隙水的调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程。软弱富水地层,随着渗排水,地表大范围沉降,初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强,因此,软土风道应及时施作二次衬砌。长春地铁风道的实践表明,二次衬砌施作后,地层变位趋于稳定。
结束语
在进行地铁工程施工时地铁暗挖施工所引起的沉降是不可避免的,但为了地表、管线及建筑物的安全,必须将这种沉降控制在一定范围内。尽管地铁施工具有复杂的环境、很高的施工难度、施工受很多因素影响,但是现阶段世界地铁施工技术逐渐趋于成熟,此外,在地铁施工快速发展的推动下,涌现了许多新技术及新材料,这下新技术和新材料的应用将会不断提高地暗挖施工沉降的控制效果。
参考文献
[1]夏才初。潘国荣.土木工程监测技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2001
[2]金日守、戴华阳,误差理论与测量平差基础[M],北京,测绘出版社,2011