地鐵隧道非降水法施工引起的地表沉降的研究.pdf

1、地面沉降是區(qū)域性地面標高降低的一種環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象，具有持續(xù)時間長、影響范圍廣和防治難度大等特點。地面沉降主要由開采地下水資源，工程基礎施工及地下空間的開發(fā)利用引起。 城市地鐵暗挖隧道工程是在巖土體內(nèi)部進行的，無論其埋深大小，開挖施工將不可避免地會擾動地下巖土體，使其失去原有的平衡狀態(tài)，而向新的平衡狀念轉化。在此過程中，隧道開挖使圍巖產(chǎn)生卸荷臨空面引發(fā)收斂變形，進而造成地表下沉：同時，擾動及地下水的流失會使土體重新固結，引起整個地層

2、的固結沉降。這一系列的沉降變形發(fā)展到一定的程度，將影響地面建筑物的安全和地下管線的正常使用。因此，長期以來城市地鐵隧道施工引起的地表沉降問題一直都是人們關注和研究的重要課題。 關于地表沉降的研究需要解決兩個主要問題：提出先進的有效控制沉降的施工方法及計算并預測地鐵隧道施工引發(fā)的地表沉降量。 采用淺埋暗挖法施工地鐵隧道，以往普遍采用全線降水法，此法能保證在地鐵隧道施工過程中實現(xiàn)“無水”施工，但是，在我國南方富水軟土地層中，

3、再采用這種方法就會在隧道未開挖之前，由于降水井抽水引發(fā)大范圍的地表沉降，而且這部分沉降在總沉降中所占的比例高達70—80﹪，因此，在這樣的地層施工地鐵隧道，控制沉降的關鍵在于減小隧道開挖對地層的擾動和控制地下水的流失。深圳地鐵大～科區(qū)問隧道恰在富水軟土地層中施工，且地下管線與地面建筑物的存在要求沉降必須得到有效控制，針對這一問題創(chuàng)新性地提出了以控制地下水流失為主要目標的非降水施工方法。本文在此工法實施前采用了三維有限元數(shù)值模擬和離心機模

4、型試驗方法進行對比研究，證明該法可行。根據(jù)實際施工情況及現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)顯示，非降水施工方法科學合理取得了成功。 本論文在研究過程中，采用三維顯示有限差分分析軟件FLACⅢ，考慮流固耦合效應，建立地鐵施工過程的滲流一變形一沉降耦合模型，對滲流、變形，開挖及沉降進行仿真模擬，系統(tǒng)分析研究了降水法施工及非降水法施工全過程對地表下沉的影響，通過對比分析確定在富水軟土地區(qū)施工地鐵隧道，地層失水是造成地表沉降的控制性因素且非降水施工方法控制

5、沉降的高效性。采用離心模型試驗重點研究了SK3+355和SK3+395斷面的地表沉降規(guī)律，通過對非降水施工法及降水施工法對比分析，得出非降水施工法為最佳方法的結論。數(shù)值模擬和離心模型實驗研究成果與現(xiàn)場監(jiān)測基本一致，以水平旋噴樁為技術核心的以控制地下水流失為目標的非降水施工法，可減小施工對地層的擾動、減小施工過程中的地下水流失，是在富水軟土地層采用淺埋暗挖法施工時的最佳施工方法。 目前的地表沉降計算與預測多采用Peck系列的經(jīng)驗公

6、式，該系列公式認為地表的變形主要取決于土層和地下水位條件，而隧道的埋深、隧道的直徑、支護以及施工過程等影響因素沒體現(xiàn)出來，當然也沒有研究沉降過程的動態(tài)變化。事實上，地表沉降受多項因素的影響：而且地鐵隧道施工是一個在時問、空問上漸進的過程，因隧道施工引起的地層變形沉降在相當長的一段時間是動態(tài)變化的，所研究地表任意一點的變形沉降也是與空間上分布的隧道各斷面施工相關聯(lián)的，任意點的最終沉降是影響不斷累加的結果。本文采用數(shù)值模擬手段，針對非降水施