青島地鐵富水砂層隧道開挖施工風(fēng)險(xiǎn)與變形規(guī)律研究.pdf

1、城市地鐵暗挖隧道工程在開挖過程中不可避免的會擾動地下巖土體,使其失去原有平衡狀態(tài),向新的平衡轉(zhuǎn)化。在此過程中,圍巖產(chǎn)生卸載臨空面引發(fā)收斂變形。若遇到富水砂礫地層,開挖極易出現(xiàn)突發(fā)性涌水、涌砂,造成地面塌陷。為保證隧道施工過程中“無水”作業(yè),通常采用降水或洞內(nèi)超前預(yù)加固堵水等措施為地鐵隧道工程提供良好的施工條件。但過量降水會導(dǎo)致隧道開挖前引起大范圍的地表沉降,使施工環(huán)境造成更大破壞。同時(shí)洞內(nèi)超前預(yù)加固堵水技術(shù)經(jīng)常受地質(zhì)條件不明確、施工技術(shù)

2、不成熟等條件限制,隧道開挖無法正常進(jìn)行。青島地鐵一期工程(3號線)暗挖隧道存在部分富水砂層,周邊建筑物及地下管線的存在,要求必須有效控制地層變形,減小開挖風(fēng)險(xiǎn)。本文選青島富水砂層中開挖地鐵隧道施工開挖風(fēng)險(xiǎn)與地層變形規(guī)律開展工作,為青島地鐵隧道的安全施工提供實(shí)際指導(dǎo)。
　　本文收集大量國內(nèi)外隧道坍塌事件,對事件發(fā)生原因及坍塌機(jī)理進(jìn)行分析。針對青島地鐵隧道自開工以來發(fā)生的6起事件,總結(jié)出青島地鐵隧道塌方類型、塌方機(jī)理、影響因素以及綜合

3、防治措施;針對青島地鐵富水砂層段,對非降水、降水條件下兩種施工技術(shù)及開挖引起的地層變形規(guī)律進(jìn)行分析。重點(diǎn)對水平旋噴超前預(yù)加固在保兒站～河西站區(qū)間隧道Ⅵ級圍巖施工及優(yōu)化過程進(jìn)行研究;采用三維顯示有限差分軟件FLAC3D,分別模擬只采用水平旋噴樁加固及水平旋噴樁與降水相結(jié)合兩種工法下地層變形規(guī)律。在降水條件下,考慮流固耦合效應(yīng),對滲流、變形,開挖及沉降進(jìn)行模擬,系統(tǒng)分析降水及隧道開挖過程中地層沉降規(guī)律;對典型富水砂層段進(jìn)行跟蹤監(jiān)測,選取典型

4、斷面洞內(nèi)變形,地表沉降,周邊建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行整理、分析研究,得到隧道開挖過程中位移隨時(shí)間、空間變形規(guī)律。
　　總結(jié)以上研究內(nèi)容,主要結(jié)論如下:
　　(1)水平旋噴樁超前預(yù)加固止水,由于在鉆進(jìn)角度控制方面還不成熟,樁間咬合效果有待進(jìn)一步提高,不能形成止水帷幕,但綜合效果優(yōu)越于超前管棚,能較好控制地面沉降及坍塌;
　　(2)數(shù)值模擬結(jié)果表明:非降水條件下采用水平旋噴樁加固,地表最大沉降為-12.95mm;降水與旋噴樁

5、相結(jié)合條件下,地表最大沉降為-29.11mm;降水條件下,采用小導(dǎo)管預(yù)注漿超前加固施工,降水引起的沉降約-20mm,開挖完成地表沉降最大沉降量約為-38.13mm,模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果基本相符。左右線隧道開挖對地表沉降的影響相互疊加,地表沉降槽有明顯影響的寬度約為70m;
　　(3)典型斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:采用水平旋噴樁與降水相結(jié)合施工,洞內(nèi)變形在上臺階開挖過程中速率最大,封閉成環(huán)后變化速率減小。水平旋噴樁施工時(shí)注漿壓力過大會造

6、成地表沉降及建筑物沉降隆起,掌子面通過后,受地下水流失的影響,地表沉降和建筑物繼續(xù)呈下降趨勢,地表沉降累計(jì)變化最大為-37.99mm,建筑物沉降累計(jì)變化最大為-19.05mm。掌子面通過近11個月后變化才趨于穩(wěn)定,說明隧道開挖引起地下水流失是導(dǎo)致地層沉降主要因素。降水條件下采用超前小導(dǎo)管注漿加固施工,降水引得的最大沉降約-15mm;超前注漿對地表有一定隆起,最大隆起約12mm;由于降水井只能將水位降至巖土分界面處,開挖過程中仍有部分裂隙