上海地铁盾构隧道纵向变形分析

上海地铁盾构隧道纵向变形分析（共5篇）

上海地铁盾构隧道纵向变形分析 篇1

【摘 要】隧道若发生纵向变形将严重影响到隧道结构的安全。分析探讨了纵向变形的发生、变化情况以及隧道结构和防水体系所允许的纵向变形控制值。结合工程实践,对隧道发生的典型沉降曲线规律进行了深入的分析,其结论对有效控制隧道纵向变形具有指导意义。【关键词】隧道;通缝拼装;纵向变形;环缝;错台;防水;失效

至2020年,上海将建成轨道交通运营线路达到20条、线路长度超过870 km以及540余座车站的网络规模。这其中,以盾构隧道结构为主的地下线路几乎占到一半。控制隧道纵向变形是确保隧道结构安全的重要因素之一。在研究隧道纵向变形时,我们首先要关注这种变形是以何种方式发生、又是如何发展变化以及隧道变形控制值是多少等问题,本文对这些问题进行了分析探讨。

1、盾构隧道结构和构造设计

盾构法隧道是由预制管片通过压紧装配连接而成的。与采用其它施工方法建成的隧道相比,盾构隧道明显的特点就是存在大量的接缝。1 km长的单圆地铁盾构隧道需要五~六千块管片拼装而成,接缝总长度约是隧道长度的20余倍。因此,盾构隧道的多缝特点已成为隧道发生渗漏水最直接或潜在的因素之一(见图1)。在盾构拼装结构中,接缝有通缝和错缝之分,现以单圆通缝盾构隧道为例进行隧道纵向变形分析。1.1 盾构隧道结构与构造设计 1.1.1 管片厚度、分块及宽度

单圆通缝隧道管片厚度350mm,管片为C55高强混凝土,抗渗等级为1 MPa。一环隧道由6块管片拼装而成(一块封顶块F、两块邻接块L、两块标准块B和一块拱底块D),圆心角分别对应16°、4×65°和84°(见图2a)。封顶块拼装方便,在拱底块上布置了两条对称的三角形纵肋。整个道床位于拱底块内,底部没有纵缝,对底部环缝渗漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低处理底部渗漏水的难度。

1.1.2 纵缝和环缝构造

在管片环面中部设有较大的凸榫以承受施工过程中千斤顶的顶力,可有效防止环面压损,既利于装配施工,又易于整个环面凹凸榫槽的平整密贴,提高管片外周平整度;并可提高环间的抗剪能力,控制环与环之间的剪动,同时也可减少对盾尾密封装置的磨损。靠近外弧面处设弹性密封垫槽,内弧面处设嵌缝槽。环与环之间以17根M30的纵向螺栓相连,在管片端肋纵缝内设较小的凹凸榫槽,环向管片块与块之间以2根M30的环向螺栓压密相连,能有效减少纵缝张开及结构变形,环、纵向螺栓均采用热浸锌或其它防腐蚀处理。

这种构造设计使得隧道在拼装完成后形成具有一定刚度的柔性结构,环向面之间以及纵向面之间可以达到平整密贴装配,既能适应一定的纵向变形能力,又能将隧道纵向变形控制在满足列车运行及防水要求的范围内;同时,满足结构受力、防水及耐久性要求。

错缝拼装与通缝拼装略有不同,其拼装方式是隔环相同,拱底块不设三角肋,在道床底部有一条纵缝, 6块管片所对应圆心角分别为20°、2×68.75°、3×67.5°(见图2b)。不论是通缝还是错缝拼装,隧道总体上呈“环刚纵柔”的特点。

1.2 装配隧道对纵向变形的适应性分析

错台是指两环隧道之间发生的径向相对位移,隧道纵向变形的适应性是指在保障隧道结构安全前提下各组成构件所允许的最大环间错台量。从以下几方面分析各自对环间错台量的适应情况。1.2.1 环面构造对错台量的适应性

如图3a示,在管片环面中部设了较大的凹凸榫槽。因环面装配部位的凹槽比凸榫稍大,存在约8mm的极限装配余量,可允许凸榫在凹槽内沿着径向作微量移动或滑动。这种环面间的相对移动表现在隧道壁上就是错台现象(见图3)。无论环面凹凸榫槽的初始装配关系如何,当环间错台达到4~8mm时,凸榫的顶部边缘将与凹槽的底部边缘相接触,若继续发生错台,凹凸榫槽将发生剪切。应当说环面上设置的凹凸榫槽对提高环间的抗剪切能力是有益的。从环面构造可知,当环间错台量超过4~8mm时,环面缝隙将按线性张开。所以, 4~8 mm错台量应是环面装配和错台的控制值。1.2.2 密封垫对错台量的适应性

在环面上靠近外壁约30 mm处设有密封垫(现多为三元乙丙橡胶材料),按照设计构想,理想装配条件下密封垫径向宽度的重叠达23 mm,并可抵御环面间张开4~6 mm而不会发生渗漏水。通过对密封垫试验和数值计算分析发现,当环面之间发生错台时,密封垫表现出复杂的形状,不同部位呈拉压剪等十分复杂的受力状态。从理论上讲,当环间错台量为4~8 mm(甚至更大一些)时两块压紧状态的密封垫是不会产生渗漏水的。由于环面上的密封垫不是完整的(分别粘贴在12块不同管片上),装配后单侧整环密封垫长达19.415 m,且存在许多棱角组合,加之防水材料质量及施工技术条件等制约因素,多数渗漏水发生在错台量<8 mm(甚至更小)的情况下(见图4)。

1.2.3 螺栓孔和螺栓对错台量的适应性

为便于管片拼装紧固,一般螺栓孔设计的要比螺栓稍大,螺栓孔径为35mm,螺栓直径为30 mm,在管片拼装或产生错台时可允许螺栓适当调整。当环间错台量较小时,螺栓会随管片发生移动,螺栓拉伸量相当有限。不论螺栓与螺栓孔的初始装配关系如何,在错台量达到6~12 mm后,螺栓孔与螺栓的对应位置关系都趋于极限,螺栓将发生拉弯,同时对手孔部位的混凝土产生压剪作用。因手孔部位增强了配筋,螺栓会在手孔部位的混凝土压坏之前先于拉坏。

通过以上分析可知,隧道环面构造、防水体系及螺栓等在隧道发生变形过程中所起的作用不尽相同,对错台量的适应性也并不完全一样。但将它们装配成一条完整的隧道后就必须要求管片间的变形要协调,即只有当错台量同时满足结构抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求时,隧道安全才有保障。受管片制作、拼装施工、密封垫质量等因素的影响,通常在隧道投入运营之初,环缝、十字缝或管片接缝处就已发生了渗漏水,隧道在施工过程中已经用掉了大部分结构变形和防水预留量,而留给运营期间允许发生的变形余量非常少。因此,综合多方面因素,将环面间的错台量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。

2、隧道纵向变形分析

在隧道防水设计中,一般取纵缝和环缝张开量来确定密封垫的性能,弹性密封垫在隧道张开量达到4~6 mm时还具有防水能力。但隧道纵向变形究竟是以隧道顶底部刚性张开方式还是以环面错台方式进行的?或是两者兼之?下面分别对两种情形进行讨论分析。

2.1 假定隧道纵向变形是以刚体转动的方式进行的

将单环隧道假定为一个理想的刚体,允许环与环之间发生小角度θ的刚体转动,隧道顶(底)部张开量Δ,形成隧道纵向沉降变形(见图5)。当隧道发生沉降时,隧道顶部压紧,底部张开(或闭合)量Δ;反之,隧道顶部张开Δ,底部压紧。根据刚体转动几何条件,隧道环宽w、直径D、环间张开(或闭合)量Δ及隧道纵向沉降曲线半径R之间有如下几何关系:

当取环宽为1.0 m、隧道外径为6.2 m,隧道纵向沉降(或隆起)与环缝张开关系见表1。若依此计算,当环缝张开量为6 mm时,隧道防水已经失效。但在隧道实际变形中,如此小沉降半径(甚至更小)是存在的,但防水体系并没有发生失效现象。这说明将隧道纵向变形视作整环隧道刚体转动的假定与隧道实际发生的纵向变形有着较大出入。在已建隧道中,隧道长度与直径之比L/D>150,隧道纵向端点与车站锚固联结,车站刚度较大,而且隧道与周围土层之间存在一定的抗剪力,对隧道沿纵向移动有较大约束,加之管片之间螺栓紧固作用等,对隧道整环发生刚体转动或沿纵向产生较大的水平位移(缝隙)起到极大约束作用。一般情况下,沿隧道纵向难以产生较大的环间缝隙或刚体转动。

2.2 假定隧道纵向变形是以环间错台方式进行的

从上述分析得知,隧道环与环之间可以发生小量级的错台而不破坏隧道的安全性,假定隧道纵向变形曲线视作是由环与环之间发生不同错台而形成的,现分析沉降曲线为等圆的错台情况。将最下部的一环定为第1环,称之为基准点,第1环隧道底部与沉降曲线最低点之间沉降差定义为初始错台变形δ1,第2环与第1环之间的错台变形量δ2,第i环隧道与i-1环之间的错台变形量δi。根据图6a示,第一环的初始错台量为δ1,则有:

根据表2和图6分析可知:①沉降曲线半径越大,沉降影响范围越大,环间错台发展速度越缓慢;反之,沉降曲线半径越小,沉降影响范围越小,环间错台发展就越快(即错台很快就超出安全控制值)。②沉降曲线半径越大,沉降范围内的累积沉降量越大。由式(3)可以看出,即使环间的错台量是一个较小的数据,但在一个较大范围的隧道累计变形量来说仍然很可观。③即使在等半径沉降曲线上,不同距离的环间错台量是不同的。由式(2)可知,距离基准点越远,环与环之间的错台变形量就越大。

隧道安全取决于隧道结构和防水体系的安全,通过对隧道的长期现场监护监测发现,隧道结构沉降变形和防水之间又是相互影响和相互促进的,隧道渗漏水会引起隧道变形加大,隧道变形加大又会加剧隧道渗漏水,形成恶性循环。

在隧道发生渗漏水的许多部位,沉降曲线半径超过15 000m,满足隧道纵缝张开的设计要求;在发生较大沉降变形区段,沉降曲线半径远小于15 000m,隧道没有发生渗漏水,也未发现隧道顶底部的转动张开;在几处发生过险情的隧道区间,隧道沉降半径远小于500 m,发生漏水的整环隧道多位于沉降曲线的直线段,个别环间错台量达数厘米,在隧道内壁上表现为明显错台形式。理论分析和隧道发生渗漏水的实际情况都证明了隧道纵向变形方式是以环间错台方式进行的,将隧道纵向沉降曲线视作是由一系列环间错台构成的这一假定是合理的。

2.3 隧道纵向变形过程分析 在隧道发生沉降(隆起)后,隧道总长度增加,沉降变化越多,变化量越大,隧道总长度增加量就越大。当错台量较小时,隧道纵向增加量较小,可用下式来表达:

当错台量超过4~8 mm时,隧道纵向长度计算还应考虑纵向环面缝隙的增加量w0。下面根据不同程度的错台量对隧道结构安全和防水影响进行分析:(1)当环间错台量为1~4 mm时,这个量级的错台可以通过隧道环面构造设计本身加以调整,但会对密封垫产生一定的拉压作用。从几何意义上讲,变形前密封垫径向重叠厚度至少可达约23 mm,发生错台后密封垫仍可保持约19 mm的重叠厚度。根据式(4)计算,若错台为1 mm,单环隧道增加长度0.005 mm;若环间错台4 mm,单环隧道增加长度0.008 mm。这个量级的小错台量引起隧道纵向长度的增加非常小,环间缝隙宽度不增加。

随着环间错台量的增大,密封垫不同部位表现为十分复杂的拉压剪等受力状态,密封垫一般不会发生渗漏水现象,但环面间的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道发生渗漏水的概率大为增加。纵向连接螺栓或将进一步发挥抗拉作用,对手孔部位的混凝土施加低水平的压剪作用。

(2)当环间错台量达4~8 mm时,即在前一阶段变形基础上继续发生错台4 mm(见图3b)。不论环面凹凸榫槽最初装配位置如何,此刻凹凸榫槽处在极端配合状态,凸榫顶边缘与凹槽底边缘相接触,凹凸榫槽直接发生剪切,螺栓也处在进一步拉紧状态,密封垫的变形和受力状态也随错台量的加大而加剧,但密封垫径向重叠厚度仍可达15 mm。根据式(4)计算,若错台达到4~8 mm,单环隧道长度增加将达0.032 mm。这个级别的错台引起隧道总长度的增加量依然很小,环间缝隙宽度不增加,但密封垫之间、密封垫与管片之间都可能会直接发生渗漏水现象,环间防水能力被极大削弱,隧道发生渗漏水的几率成倍增加,必须引起警惕,采取措施控制错台的进一步发展。

(3)当环间错台量达8~13 mm时(见图3c),环面凹凸榫槽已发生直接剪切,凹凸榫槽局部会出现裂缝,而导致防水失效,这个错台量会引起环面凹凸榫槽出现“艰难爬坡”现象,环间缝隙呈线性扩大,螺栓被拉流。尽管密封垫径向重叠厚度仍有10~15 mm,但因管片局部发生破坏、环面间缝隙超过防水标准而失去防水作用。根据式(4)计算,若环间错台量达到13mm,隧道长度增加迅速,单环隧道增加量也达13.083mm,环缝张开量将迅速增加超过6 mm,环间防水体系基本失效,将会有大量水土流入隧道,环缝漏水严重。图7是整环隧道发生竖向错台示意图,当环间发生竖向错台时,依附于管片上的密封垫将随同管片一起发生错台。在隧道顶底部位错台最为显著,其它部位并不明显,但此时环面上凹凸榫槽还处在咬合状态,错台将呈直线方式发展。隧道处于此种状态十分危险,若变形继续发展,后果不堪设想。

(4)当环间错台量为13~23 mm时(见图3d),环面间持续剪切导致凹凸榫槽结构进一步破坏,防水体系完全失效,凹凸榫槽还处在咬合状态,错台将呈线性发展直至结构失稳,尤其当隧道下卧土层是砂性土层的状况时风险性更大。

分析表明:①若错台量在几毫米以内,隧道总长度增加量很少,环间缝隙宽度并不增加,隧道结构安全尚处在可控状态,但会大大削弱密封垫的防水效果;②若错台量超过环面凹凸榫槽配合极限之后,环间缝隙按线性发展,管片会发生破损、防水失效等现象,给隧道安全带来灾难性威胁。因此,径向错台的增加不仅会引起隧道环面发生剪切,还将导致隧道纵向水平位移(环面缝隙)的增加。

以上仅是对隧道竖向发生径向错台进行分析,实际上隧道发生纵向变形远比此复杂。隧道在装配完成受力后其环面并不是一个真圆,环面凹凸榫槽的装配关系随之发生变化,这些变形会沿着隧道纵向进行传递,隧道纵向和横向变形在一定范围内相互影响。

3、隧道纵向变形典型曲线及工程实例 3.1 隧道纵向沉降典型曲线

图8是典型纵向沉降曲线,沉降曲线呈对称漏斗型。一半曲线是一条反S沉降曲线,曲线的上部向下弯曲,下部向上弯曲,中间呈直线段变化。可将曲线划分成三段,现逐一分析如下: 第一段为向下弯曲段(沉降加速段)。该段隧道受扰动影响较小,环间错台较小,纵向变形量小,环与环之间的错台迅速变大,环间缝隙基本上没有张开,也不发生渗漏水,此阶段的纵向变形累计量较小。

第二段为直线变形段(沉降均速段)。该阶段隧道受扰动影响较大,该段环与环之间的错台量较大,凹凸榫槽相扣处在剪切状态,错台基本上呈直线型发展,没有明显弯曲,纵向沉降累积量迅速变大,环间缝隙防水失效,有大量水土涌入隧道。

第三段为向上弯曲段(沉降减速段),也是最后一个阶段。该段环与环之间的错台变形由大变小,曲线呈向上弯曲状,此阶段的纵向累计沉降量达到最大。

近年来发生的几起隧道险情大沉降与上述隧道纵向变形曲线非常吻合。3.2 工程实例

(1)图9是上海轨道交通2号线某停车场出入库线下行线隧道泵站发生事故后形成的沉降曲线。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道发生了较大错台变形,个别环间错台量达到数厘米,最大累计沉降量达26 cm,后经及时抢险才得以控制隧道危情。

(2)4号线大连路区间隧道因结构存在固有缺陷导致隧道漏水漏砂,环间发生了较大错台沉降,纵向累计和差异沉降变形都很大,环间发生错台量达到3~5 mm,累计沉降达9 cm,影响范围超过100m,后经及时发现抢险并最终得到根治。环间过大的错台变形势必会引起隧道结构开裂,导致隧道受损或破坏,防水体系失效,给隧道结构安全带来直接威胁,多处隧道发生的纵向大变形验证了这一变形过程。

4、结语

本文通过对地铁盾构隧道纵向变形进行分析,得到如下结论:(1)地铁盾构隧道纵向变形基本上是以径向错台方式进行的。

(2)径向错台的增加不仅会引起隧道环面发生剪切,同时会引起环缝间隙按线性发展,导致隧道结构损坏、防水失效。必须严格控制各类因素引起的环间错台量。

(3)研究了不同沉降曲线半径的环间错台变化规律,等半径沉降曲线上不同位置的错台量是不同的。结合工程险情研究了典型的隧道沉降曲线。

上海地铁盾构隧道纵向变形分析 篇2

地铁盾构施工的变形监测分析得到了广泛技术工作人员的重视，如汪顺喜结合天津地铁6号线工程实际介绍了盾构下穿铁路的监测方法及监测结果[1]；孙建超，刘锦探讨了盾构施工过程地表沉降的影响因素及施工控制技术[2]。冯兴仁等结合深圳地铁7号线的双连拱隧道工程，对其实时监测结果进行了分析及评估。

2 双线盾构隧道施工地表变形监测方案

武汉地铁宏图大道区间双线盾构隧道工程，主要穿越土层有粘土、淤泥质土、粉质粘土、砂砾卵石等土层。根据相关规范要求，设定地表隆陷监测频率：掘进面距监测断面前后<2Dm时，2次/天；掘进面距监测断面前后<5Dm时，1次/2天；掘进面距监测断面前后>5Dm时，1次/周；根据数据分析确定沉降基本稳定后，1次/月。地表变形监测采用水准测量的方法进行，按照国家二等水准测量技术要求进行作业。视线长度不大于50m，闭合差小于±0.5mm。现场监测采用的仪器设备包括：全站仪（徕卡TC302）及精密水准仪（天宝DIN03）。布设测点前用全站仪按设计的里程及坐标确定隧道轴线上的测点位置。纵向地表测点沿盾构推进轴线设置，盾构始发与到达段200m范围内，沿隧道轴向每10m布1个断面，其余地段，每20m布1个断面，盾构施工穿越既有建筑物群应适当加密测点，每10m布1个断面，每个断面布设测点7个（单线）。变形控制标准值制定地表沉降允许位移控制值U0为30mm，位移最大速率控制值为3mm/d；地表隆起允许位移控制值U0为10mm，位移最大速率控制值为3mm/d。

3 双线盾构施工地表变形监测结果与分析

选取武汉地铁宏图大道区间的开始200m范围段为研究对象，对左线盾构掘进至150m，右线盾构掘进至50m时的左线监测结果进行分析，即左线盾构管片100环位置。根据监测记录调取当天监测日报，监测方案要求测取开挖面前40m，开挖面后50m的地表变形数据。

3.1 横向变形规律分析

由于开挖面前方和附近地表变形量相对较小，测量误差及其他因素干扰对数据的影响较大，不能很好地从实测数据中发现它们的变形规律，而数值模拟试验不存在这些因素，可以用数值模拟方法去探索其规律。选取左线开挖面后方20m、40m处横截面地表变形监测数据分析（见图1）（+表示隆起，-表示沉降）。

盾构开挖面经过后地表变形横向分布规律如下：(1)横截面上最大沉降量均出现在隧道轴线上，且距隧道轴线越远，沉降量逐渐减小，形成一条沉降槽曲线；(2)沉降槽曲线以隧道轴线近似呈轴对称分布，即高斯分布曲线，与peck公式预测的沉降槽曲线形状相似；(3)地表沉降槽横向影响宽度大约为距隧道轴线左右各20m范围，施工监测中横断面测点布置较为合理，大致能反映出地表变形横向分布规律。

3.2 纵向变形规律分析

左线隧道轴线上方地表变形监测数据分析（见图2）。

盾构施工地表变形纵向分布规律如下：(1)沿隧道轴向地表变形曲线近似“S”形曲线。在开挖面前方2～3D(D为隧道直径，即12～18m）范围内地表有轻微隆起现象，最大隆起量达1.589mm；盾构开挖面后方地表变形主要表现为沉降，且距离开挖面越远，地表沉降值越大，在开挖面后方5～6D处趋于稳定，稳定值在16mm左右；(2)隧道轴向地表变形曲线空间上可划分三个阶段，即盾构开挖面前方的前期发展阶段，开挖面后方5～6D范围内的剧烈增长阶段及之后的趋于稳定阶段。

4 结论

综上所述，得出如下结论：(1)地表沉降槽横向影响宽度大约为距隧道轴线左右各20m范围，施工监测中横断面测点布置较为合理，大致能反映出地表变形横向分布规律；(2)隧道轴向地表变形曲线空间上可划分三个阶段，即盾构开挖面前方的前期发展阶段，开挖面后方5～6D范围内的剧烈增长阶段及之后的趋于稳定阶段。

参考文献

[1]汪顺喜.地铁盾构下穿铁路监测数据分析[J].城市道桥与防洪,2016,6(6):322-325.

隧道开挖纵向变形相关性研究 篇3

关键词：监控量测 数值模拟 纵向变形 相关性分析

1 概述

隧道新奥法中的关键工序为隧道监控量测，其质量结果直接影响围岩与衬砌的稳定性、施工安全、施工顺序及施工方法，同时对安排施工管理具有重要指导作用。

本文依托湖北谷竹高速关垭子隧道，对各断面的拱顶和收敛进行了全过程的变化监测，同时进行了数值分析。通过对监测数据和数值模拟结果进行比较，总结出隧道开挖过程中纵向上的各断面变形相关性，对于指导类似工程的设计施工和科研工作具有一定的参考价值。

2 工程概况

关垭子隧道设计为小净距隧道，位于湖北省竹溪县蒋家堰镇。隧址区属风化断裂地貌，断裂构造较为发育，主要以西北向和东北向断裂为主，岩性较差，岩石较破碎，断裂破碎处含水量较大，。隧道左线起止桩号为：ZK226+712～ZK227+797，选取ZK227+780～ZK227+453为分析区段，全长347m。该区段围岩片岩较多，主要为强、弱风化片岩。

隧道洞口采用端墙式洞门，出口端前5m设计为明洞，明洞顶部回填采用水泥砂浆抹面。明洞衬砌采用C25钢筋混凝土，厚度为60cm。暗挖段采用复合式衬砌，初期支护采用C20混凝土，二衬采用C25混凝土，仰拱采用C15片石混凝土。洞口施工为关键施工点，为保证施工的安全性和洞口围岩的稳定性，洞口采用超前长管棚和地面深层搅拌的方法，围岩采用超前小导管加注浆，Ⅳ级围岩采用超前锚杆。

3 现场监测与数值分析

3.1 现场监测

工程实践表明，最能反映围岩及支护系统力学形态和安全性能的指标是周边位移和拱顶下沉。我国的现行规范也将周边允许收敛值和允许收敛速度作为围岩和结构稳定的判据[1]。

本文主要研究各横断面的拱顶下沉、水平收敛在纵向上的变形相关性，根据现场实际，共划分18个横断面（见表1），每个横断面设置3个测点（见图1）。拱顶下沉的测量工具为精密水准仪和标准钢卷尺，水平收敛则使用数显收敛计测量。

3.2 数值分析

数值模拟作为一种先进的预测施工方案可靠性的方法，已经越来越成熟和可靠，本文选用ABAQUS数值分析软件进行模拟开挖。为合理模拟边界效应，模型长度取为隧道直径的10倍，使隧道处于模型的中心[2]。左右边界同时施加水平方向约束，底部施加水平和垂直方向的约束（如图2所示）。模拟单元以四边形单元为主，在近洞口段的过渡区域允许出现三角形，从而实现粗细网格的合理过渡，以保证精度。网格划分如图3所示。

4 数据与分析

为便于分析数据和进行理论解释，将以上数据绘制成图4。

由图4可以看出，在近洞口段，拱顶下沉量发展较快，实测值在7号断面已經达到18号断面的73.48%，模拟值达到83.56%。7号断面处于Ⅴ、Ⅳ级岩石的分界面，岩性较差，以破碎片岩为主，而且地下水含量较大，承载能力不足，自稳能力较差，整体性较差，因此次区段内拱顶沉降量在重力的作用下随埋深的增加而增大，发展较快。之后的断面由于岩性的改善，掌子面的岩体强度和自稳能力增强，变形也趋于稳定。这是由于岩性发生改变，岩石的强度和整体性得到改善，使沉降量发展缓慢[3]。

水平收敛的变形趋势与拱顶沉降规律大致相反。在近洞口埋深较浅，收敛主要受土体水平侧压力的影响，所以近洞口段水平收敛较小且发展缓慢。随着开挖进程，水平侧压力随埋深的增大而变大，导致水平收敛值也明显增加。

由图可以看出，数值分析的数据曲线能反映出隧道开挖变形在纵向上的变形规律。因此可以通过数值分析进行施工过程中围岩以及衬砌的变形规律和变形量，依此制定相应的应对措施，或者作为施工方案设计的参考依据。同时鉴于数值分析的近似性和理想化，不能完全模拟实际的施工工况，因此，不能单独利用数值分析数据进行分析，必须结合实际的测量结果进行对比分析，来评价围岩性能和支护方案的可靠性[4]。

5 结语

通过对实际测量数据和数值模拟结果的对比分析，结合实际的工程现状和理论依据，可以总结出新奥法施工的隧道纵向上各断面的变形相关性。具体表现为：

①在邻洞口段，影响拱顶下沉的主要因素为埋深，且近洞口段的发展较快。经过近洞口段后，岩石的承载能力成为影响拱顶下沉的主要因素。

②在整个开挖区段内，理论分析和实际测量的结果同时显示水平收敛变形趋势与拱顶沉降规律大致相反，呈现出先缓后急的趋势。

③在隧道开挖过程中，拱顶位移是判断施工效果和评价岩性的关键因素，是反映围岩力学状态最直观的数据。因此施工中要做好对拱顶沉降数据的处理和分析，充分利用其数据做好对施工方案的调整，做到信息化施工。

参考文献：

[1]陈建勋，马建勤.隧道工程试验监测技术[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]邓江.猫山公路隧道工程技术[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]刘泉声，白山云，肖春喜等.基于现场监控量测的龙潭隧道施工期围岩稳定性研究[J].岩石力学与工程学报，2007，26（10）：1982-

1990.

上海地铁盾构隧道纵向变形分析 篇4

双线盾构隧道穿越对既有结构变形的影响研究

利用有限元数值模拟和监控量测的对比分析.对双线盾构2次穿越既有车站时车站筏板基础的变形规律进行了分析,得出了一些有益的.结论.

作 者：郑知斌 刘军 李东海 刘继尧 Zheng Zhibin Liu Jun Li Donghai Liu Jiyao  作者单位：北京市市政工程研究院,北京,100037 刊 名：市政技术 英文刊名：MUNICIPAL ENGINEERING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 27(3) 分类号：U456.3 关键词：隧道   盾构   筏板基础   数值模拟   监控量测  

上海地铁盾构隧道纵向变形分析 篇5

一、冻结前的准备工作

1.1 管片开孔

在进行冻结工作前, 需要进行管片开孔, 开孔的位置需要避开刚进的位置, 以免出现外部水土涌入的事故出现, 一旦出现外部水土涌入, 就会造成地表沉陷。管片开孔工作前需要进行孔口管的安装, 孔口管安装时需注意于管片之间的间隙, 两处中间存在间隙, 就会造成涌水、涌沙, 将孔口管与管片之间的空隙填充紧实后进行钻孔, 钻孔后需要进行打压试验, 观察管路于孔口的密封情况。

1.2 隧道内的支撑

在进行冻结工程施工时, 冻结过程中的受冻土会出现力作用, 造成隧道的横断面出现变形, 对盾构隧道的整体角度产生影响。为避免这一问题, 需要对隧道安装预应力支架, 以达到控制隧道变形的目的。

1.3 布置测温孔

测温孔的主要工鞥是判断冻土柱是否交圈、东土墙的厚度是否达到要求等, 为了有效掌握冻土的动态, 测温孔的布置是必须的, 在设置测温孔时, 可以根据测温孔的特点, 每隔600mm设置一个测温点, 将测温孔设置到2m深左右的区域, 才能够随时监测温度的变化

1.4 布置卸压孔

卸压孔, 顾名思义是在冻结工程施工过程中减少冻土膨胀所产生的压力的, 冻土所产生的压力过大, 会影响整个隧道和地表的形态, 造成地表变形。Wii, 在进行卸压孔的布置时, 需要严密的通过压力的测试。除此之外, 卸压孔的水流情况, 也能从一定程度上判断冻土的冻结情况, 帮助施工人员合理施工。

二、冻结工作的主要步骤

2.1 冻结站布置与设备安装

在进行冻结工作时, 首先要选择好冻结站并在冻结站进行设备的安装与调试, 设备主要包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔和清水池。待完成安装和调试后, 即可以进行冻结施工。

2.2 管路连接、保温的安装

设备调试的同时, 需要对冻结工作中的管路连接进行施工, 管路连接过程中, 盐水管和冷却水管需要用法兰连接, 暗转的部位应架设在施工平台、隧道管片上, 在回路管的架设过程中, 需要将回路的盐水干管进行拱形弯起, 盐水管的管路需要用泡沫塑料进行保温, 保温层的厚度要≥5cm。在管道连接当中, 主冻孔旁边的管道每2 个冻结孔进行串联、其他的冻结孔则每3 个进行串联, 串联之间要间隔进行。

2.4 积极冻结与维护冻结

冻结工程建设主要分为积极冻结与维护冻结, 积极冻结需要在冻结过程中, 定时的监测盐水的温度、流量以及施工情况, 在进行冻结时随时的调整运行系数。才能够进入积极冻结状态;维护冻结则需要在冻土的帷幕温度和厚度达到设计要求时, 泥水无法涌出, 可以进行掘进工作后, 方可进入维护冻结, 维护冻结过程中的盐水温度不可高于-20℃。

三、工程建议

设计工作当中, 永久隧道设计时需要加固, 至少增加2-4 环的钢管片, 这种设计方法能够保证永久隧道能够承受住联络通道在冻结施工产生的冻土膨胀和融沉的压力, 避免隧道出现变形事故。

在进行初期的支护工作时, 需要对预留的注浆孔尽心加密, 设置的注浆管需要深入土层1m以上, 这种设计当中所使用的注浆管均为袖阀管, 这种注浆管能够帮助施工人员进行跟踪注浆, 在对注浆管进行支护工作时, 需要对挖开的间隙进行填充, 避免出现间隙造成泥水涌入。

在冻结工作完成后, 由于冻土的抗拉强度较未冻土第, 设计人员应充分的考虑到这一问题, 在设计过程中降低冻土帷幕在施工后所承受的压力, 并根据施工后的冻土情况选择开挖区域, 及时的调整开挖结构和工艺。冻土的温度较其他区域低, 此时需要考虑初期的支护混凝土与二次的衬砌混凝土的防冻效果, 才能够保证两次防护混凝土的施工质量与建筑效果。

四、总结:

通过广州、伤害、北京、南京等地的地铁通道建设的实践可以看出, 冻结法是在复杂地形、软土层进行施工的有效方法, 冻结法在施工过程中需要注意许多问题, 通过本文的简要介绍可以看出, 冻结法在进行通道施工过程中, 需要队注浆孔和管道的铺设进行重视, 并在支护和保护混凝土建设中注意工程质量, 才能够从整体上提升冻结法在通道施工的效果, 发挥冻结法在通道施工中的真正优势。

参考文献

[1]王晖, 竺维彬.软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研究[J].现代隧道技术, 2004, 41 (03) :17-21.

[2]刘艳滨.地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术[J].铁道建筑技术, 2004, 05 (03) :6-10+5.

[3]孙成伟, 仇培云.广州地铁隧道联络通道冻结法施工技术研究[J].现代隧道技术, 2012, 15 (03) :161-165+181.