论文部分内容阅读
摘要：当地铁隧道近邻既有建(构)筑物施工时,隧道与建筑物之间将不可避免发生动态的相互作用,而这种作用的起因源于地铁隧道的开挖扰动作用,地铁隧道与建(构)筑物二者之间的相互作用通过地层这一媒介发生,而地表沉降大小二者之间的相互作用程度密切相关,因此,有必要对地铁隧道施工引起的地表沉降研究进行综述分析。
关键词：地铁；施工；沉降
中图分类号：U231+.3 文献标识码：Ａ
0 引言
地铁工程施工引起的地表沉降可能危及周边建（构）筑物和地下管线等的安全,造成严重的经济损失和社会影响。地铁一般都会下穿城市中心区域，不可避免下穿越既有铁路，区别于其他静态荷载地面建筑物，铁路还具有冲击荷载特性。因此，控制地表变形，对工程的顺利实施和铁路运营安全极为重要。
1 下穿既有铁路线范围地铁施工管理目标
地铁近距下穿越既有运营铁路线，主要保证既有铁路的运营安全和地铁施工安全。首先确定既有铁路线各种沉降控制指标值，以此为控制值，对地铁各施工步骤进行有效管理。
2 既有铁路与地铁结构的互相影响分析
地铁施工产生地层变形，这种扰动传播到既有铁路上对其造成影响，同时既有铁路对新建地铁也将产生一定程度的影响，主要体现在列车运行时的冲击荷载和机车的振动对土体开挖和衬砌结构施作的影响，这种影响通过上覆土体传播到新建地铁结构，不仅增加衬砌支护结构荷载，而且进一步加大地层的变形，进而会对既有铁路结构产生更大的影响。地铁工程施工和安全措施不利将导致铁路和地铁结构同时发生质量和安全缺陷。
3 不同地质条件下地铁施工方案的选择
在选用施工方法时还应考虑下列因素：
①队伍因素：应考虑选择施工素质和施工装备水平高的队伍。
②地质因素：围岩级别对施工方法的选择起着决定性的作用。
③埋深因素：分为浅埋和深埋两类。
④环境因素：当隧道施工对周围环境产生不良影响时，环境条件成为选择隧道施工方法的重要因素之一。结合这些因素，在选择地铁施工方法时加强以下要点：
①根据地层情况、地面既有铁路线特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。
②为缩短下穿施工时间，应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套机具。
③加强施工过程的监控量测与信息及时反馈。
④应严格执行隧道施工“十八字方针”。
⑤组织技术素质高的综合工班进行倒班循环作业，以提高质量和速度。
4 沉降控制技术的机理
施工中会造成地层的地层损失、原始应力状态变化、土体固结、土体的蠕变, 还可能发生支护结构的变形等情况发生。所以, 进行地层沉降控制, 其出发点是保持或者加强原有地层的稳定性, 维持其稳定的应力平衡状态。
5 沉降控制技术
资料表明, 地铁隧道施工引起地表沉陷的程度主要取决于:
a．地层和地下水条件；
b．隧道埋深和直径；
c．施工方法。
其中, 施工方法的影响更为明显。同样的地质条件和设计, 不同的施工方法引起的地表沉陷会有很大的差异。因此, 对地铁的施工方法进行对比分析是建设者必须首先论证的问题。
地铁的施工方法主要有3种: 明挖法、新奥法和盾构法。明挖法由于对地面交通干扰大, 且因敞开作业对周围环境千扰、污染严重, 现在已经较少使用。新奥法和盾构法对环境干扰小, 是主要的施工方法。下面结合地表沉陷的产生与控制措施对这2种施工方法进行概述。
5.1 盾构法
盾构法是在地下暗挖隧道的一种有效方法。施工中, 先在隧道的某一端建造竖井或基坑, 以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发, 在地层中沿着设计轴线,向着另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构推进中所受的阻力, 通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构, 再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围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。
5.1.1 地层损失
地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差。周围土体在弥补地层损失中发生地层移动, 引起地面沉降。引起地层损失的施工及其他因素是:
a.开挖面土体移动。当盾构掘进时, 开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向力, 开挖土体向盾构内移动, 引起地层损失而导致盾构上方地面沉降; 当盾构推进时, 如作用在正面的土体的推力大于原始侧向力, 则正向土体向上、向前移动, 引起地层损失(欠挖)而导致盾构前上方土体隆起。
b.盾构后退。在盾构暂停推进中, 由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退, 使开挖面土体坍落或松动,造成地层损失。
c.土体挤入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时, 压浆量不足, 压浆压力不恰当, 使盾尾后周边土体失去原始三维平衡状态, 而向盾尾空隙中移动, 引起地层损失。
d.改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中, 实际开挖面不是圆形而是椭圆, 因此引起地层损失。
5.1.2 受扰动土的固结
盾构隧道土体受到盾构施工的扰动后, 便在盾构隧道的周围形成超孔隙水压力区(正值或负值)。当盾构离开该处地层后, 由于土体表面压力释放, 隧道周围的孔隙水压力便下降。在超孔隙水压力释放过程中, 孔隙水排出, 引起地层移动和地面下降。此外, 由于盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用的施工因素, 使周围地层形成正值的超孔隙水压区。其超孔隙水压力, 在盾构隧道施工后的一段时间内复原, 在此过程中地层发生排水固结变形, 引起地面沉降。
5.2 新奧法
所谓新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力, 即洞室开挖后, 利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护, 使之与围岩密贴, 减小围岩松动范围,提高自承能力, 使支护与围岩联合受力共同作用。采用新奥法时主要的施工方法有:
a. 全断面开挖法, 原则上是一次完成设计开挖断面, 是
在稳定的围岩中采用的方法;
b.台阶开挖法;
c.侧壁导坑环型开挖法, 这是当地质条件特别差时所采用的一种方法, 也是城市隧道抑制下沉时常用的方法。
参考文献：
[1]TB 10305-2009，铁路工程轨道施工安全规范[S].
[2]GB 50299-1999,地下铁道施工及验收规范[S].
[3]午向阳,蒋宗全,李鹏飞,张顶立.大断面隧道下穿高速公路施工方案优化研究[J].铁道建筑,2011(11).
关键词：地铁；施工；沉降
中图分类号：U231+.3 文献标识码：Ａ
0 引言
地铁工程施工引起的地表沉降可能危及周边建（构）筑物和地下管线等的安全,造成严重的经济损失和社会影响。地铁一般都会下穿城市中心区域，不可避免下穿越既有铁路，区别于其他静态荷载地面建筑物，铁路还具有冲击荷载特性。因此，控制地表变形，对工程的顺利实施和铁路运营安全极为重要。
1 下穿既有铁路线范围地铁施工管理目标
地铁近距下穿越既有运营铁路线，主要保证既有铁路的运营安全和地铁施工安全。首先确定既有铁路线各种沉降控制指标值，以此为控制值，对地铁各施工步骤进行有效管理。
2 既有铁路与地铁结构的互相影响分析
地铁施工产生地层变形，这种扰动传播到既有铁路上对其造成影响，同时既有铁路对新建地铁也将产生一定程度的影响，主要体现在列车运行时的冲击荷载和机车的振动对土体开挖和衬砌结构施作的影响，这种影响通过上覆土体传播到新建地铁结构，不仅增加衬砌支护结构荷载，而且进一步加大地层的变形，进而会对既有铁路结构产生更大的影响。地铁工程施工和安全措施不利将导致铁路和地铁结构同时发生质量和安全缺陷。
3 不同地质条件下地铁施工方案的选择
在选用施工方法时还应考虑下列因素：
①队伍因素：应考虑选择施工素质和施工装备水平高的队伍。
②地质因素：围岩级别对施工方法的选择起着决定性的作用。
③埋深因素：分为浅埋和深埋两类。
④环境因素：当隧道施工对周围环境产生不良影响时，环境条件成为选择隧道施工方法的重要因素之一。结合这些因素，在选择地铁施工方法时加强以下要点：
①根据地层情况、地面既有铁路线特点及机械配备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。
②为缩短下穿施工时间，应选择能适应不同地层和不同断面的开挖、通风、喷锚、装运、防水、二衬作业的配套机具。
③加强施工过程的监控量测与信息及时反馈。
④应严格执行隧道施工“十八字方针”。
⑤组织技术素质高的综合工班进行倒班循环作业，以提高质量和速度。
4 沉降控制技术的机理
施工中会造成地层的地层损失、原始应力状态变化、土体固结、土体的蠕变, 还可能发生支护结构的变形等情况发生。所以, 进行地层沉降控制, 其出发点是保持或者加强原有地层的稳定性, 维持其稳定的应力平衡状态。
5 沉降控制技术
资料表明, 地铁隧道施工引起地表沉陷的程度主要取决于:
a．地层和地下水条件；
b．隧道埋深和直径；
c．施工方法。
其中, 施工方法的影响更为明显。同样的地质条件和设计, 不同的施工方法引起的地表沉陷会有很大的差异。因此, 对地铁的施工方法进行对比分析是建设者必须首先论证的问题。
地铁的施工方法主要有3种: 明挖法、新奥法和盾构法。明挖法由于对地面交通干扰大, 且因敞开作业对周围环境千扰、污染严重, 现在已经较少使用。新奥法和盾构法对环境干扰小, 是主要的施工方法。下面结合地表沉陷的产生与控制措施对这2种施工方法进行概述。
5.1 盾构法
盾构法是在地下暗挖隧道的一种有效方法。施工中, 先在隧道的某一端建造竖井或基坑, 以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发, 在地层中沿着设计轴线,向着另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构推进中所受的阻力, 通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构, 再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围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。
5.1.1 地层损失
地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差。周围土体在弥补地层损失中发生地层移动, 引起地面沉降。引起地层损失的施工及其他因素是:
a.开挖面土体移动。当盾构掘进时, 开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向力, 开挖土体向盾构内移动, 引起地层损失而导致盾构上方地面沉降; 当盾构推进时, 如作用在正面的土体的推力大于原始侧向力, 则正向土体向上、向前移动, 引起地层损失(欠挖)而导致盾构前上方土体隆起。
b.盾构后退。在盾构暂停推进中, 由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退, 使开挖面土体坍落或松动,造成地层损失。
c.土体挤入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时, 压浆量不足, 压浆压力不恰当, 使盾尾后周边土体失去原始三维平衡状态, 而向盾尾空隙中移动, 引起地层损失。
d.改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中, 实际开挖面不是圆形而是椭圆, 因此引起地层损失。
5.1.2 受扰动土的固结
盾构隧道土体受到盾构施工的扰动后, 便在盾构隧道的周围形成超孔隙水压力区(正值或负值)。当盾构离开该处地层后, 由于土体表面压力释放, 隧道周围的孔隙水压力便下降。在超孔隙水压力释放过程中, 孔隙水排出, 引起地层移动和地面下降。此外, 由于盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用的施工因素, 使周围地层形成正值的超孔隙水压区。其超孔隙水压力, 在盾构隧道施工后的一段时间内复原, 在此过程中地层发生排水固结变形, 引起地面沉降。
5.2 新奧法
所谓新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力, 即洞室开挖后, 利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护, 使之与围岩密贴, 减小围岩松动范围,提高自承能力, 使支护与围岩联合受力共同作用。采用新奥法时主要的施工方法有:
a. 全断面开挖法, 原则上是一次完成设计开挖断面, 是
在稳定的围岩中采用的方法;
b.台阶开挖法;
c.侧壁导坑环型开挖法, 这是当地质条件特别差时所采用的一种方法, 也是城市隧道抑制下沉时常用的方法。
参考文献：
[1]TB 10305-2009，铁路工程轨道施工安全规范[S].
[2]GB 50299-1999,地下铁道施工及验收规范[S].
[3]午向阳,蒋宗全,李鹏飞,张顶立.大断面隧道下穿高速公路施工方案优化研究[J].铁道建筑,2011(11).