浅埋隧道施工引起的地层变形规律分析

第一篇：浅埋隧道施工引起的地层变形规律分析

浅埋隧道施工引起的地层变形规律分析

摘要 通过对浅埋隧道沉降进行实时量测，并对其理论进行分析整合，找出了一些浅埋隧道施工阶段引起的地层变形规律，由此提出了隧道施工时控制大变形的相应措施，取得良好的施工成果。

关键字 隧道施工 沉降 分层沉降 浅埋暗挖法 沉降槽

1引言

伴随着我国经济的飞速发展，城市化进程建设进程的不断加快，越来越多的人口涌向城市，在给我国经济带来高速发展的同时，也产生了众多的负面效应。人口密度增加，城市规模越来越大，基础设施尽显疲态，尤其是交通的拥堵己成为各大中型城市所共有的“ 重症”。由此也对我国城市的发展产生很大的制约作用。同时，经济与社会的发展对城市集约化程度和提高效率要求越来越高，快速有效的交通设施建设成为一个城市发展的必要条件和提高城市竞争力的重要筹码。而与加强交通等基础设施建设的要求相矛盾的是目前城市市区内可供利用的土地面积越来越少，为解决城市建设与地面空间紧张的矛盾，以促进城市的可持续发展和加强环境保护，寻求地下空间的开发利用成为一条扩大城市容量和功能的有效途径，地下排水、供电、通信、煤气管道越来越多，城市地下交通的建设更是以其特有的各种优势受到人们的青睐。

虽然城市地下交通隧道及地下铁道有着诸多优点，但由于城市环境复杂，建筑物密集，管线密布，因此在施工过程中也不可避免的对周围环境产生影响，比如由于隧道在施工过程中引起的地层的位移，地表沉降，并由此引起隧道开挖影响区域内的建筑物基础的沉降，造成房屋的倾斜、变形等，对开挖区域内的管线(尤其是刚性管线)造成不同程度变形等影响。

在保证城市隧道及地铁等工程施工的顺利实施的同时，也为了保证周围既有建筑设施的安全，作为新奥法施工过程中重要组成部分的施工监测被普遍应用到施工过程当中，而在诸多监测项目当中，地表沉降监测被看作城市隧道监测项目中的重中之重，由于地表沉降为开挖过程中地层下沉最为直接量化的反应，而地层的下沉则直接影响了既有建筑及管线设施的变形甚至破坏。如路面的开裂、下陷；地下原排污、输水等管道等的破裂以至无法正常使用，且渗漏的污水等甚至影响到在建隧道的安全施工，且地表沉降监测有着如下优点：

一、监测简单方便且能及时实施；

二、测点布设简单且易于保护；

三、测量数据直观且可用作施工安全的预判；

四、监测不受施工等因素的干扰等。

因此在施工监测中地表沉降监测非常重要。然而目前，在有关监测规程中，对于地表沉降监测项目的规定仍然存在许多问题。

1、地表沉降监测断面的选择及断面的间距规定不明确，目前通用的是监测断面间距根据隧道埋深确定在某个范围内进行选择；

2、监测的频率采用同一频率，在间距的选择及监测频率当中，未考虑施工方法及地层的特性；

3、就隧道洞径对地表沉降的影响范围考虑较为模糊。由于在相同条件下，地表的沉降量随着隧道埋深的增加而呈现递减趋势，在某些特定地层当中，由于隧道开挖引起的围岩变形较小，地表沉降量也较小，且当隧道埋深达到某一临界值后，地表的沉降变形将极其微小，可看作地表无沉降变化，过多的地表沉降监测将失去意义。同时，地表沉降的变化为隧道洞内变形的间接反应，本文将根据胶州湾海底隧道洞内位移及地表沉降的变化，确定地表沉降与洞内位移及隧道埋深的关系，找出青岛地区花岗岩地层中，地层变形的规律，为今后类似工程建设提供借鉴及依据。

2理论基础

隧道上覆地层的竖向沉降是由开挖后的地应力释放、地层损失引起的。对于浅埋暗挖法则为开挖后、支护结构达到强度要求前的时间段内隧道上方一定范围内土体向隧道内空移动所引发的地层整体变形。

大量的现场量测表明，粘性土中隧道施工上方地表沉降槽可以用高斯函数拟合。一般单洞隧道的沉降曲线（图1）定义为

式中s为隧道上覆地层的沉降量；x为与隧道中线的水平距离；Smax为隧道中线处的最大沉降量；沉降槽宽度由参数i确定，i为隧道中线到沉降曲线反弯点的距离，沉降槽宽度一般为5i。i随深度变化，即反映在同一横断面处隧道上方不同埋深位置的沉降槽最大值 Smax和宽度不同，埋深越大，Smax越大，沉降槽宽度越小，即 i 值越小。O’Reilly & New(1982年)在粘土中得出地表沉降槽i与zo的关系：

式中zo为地表到隧道中轴线的距离。因此，可以假定：

式中k为一常数，与地层条件及埋深相关；z 为不同地层埋深（图1）。Rankin(1988年)在大量土样和现场量测试验基础上得出k取0.5在大多数情况下是合理的。3实例分析

深圳地铁3A标国老区间南段暗挖隧道上覆地层自上而下依次为：第四系全新统人工堆积层(Q４ml)、海冲积层（Q４m+al）及第四系残积层（Qel），下伏侏罗系中统（J2）凝灰岩、震旦系（Z）花岗片麻岩，局部为燕山期（r53）花岗岩，Ⅴ级围岩。3A标地层参数见表1。

表1

试验断面（图2）位于F5′断层位置，里程为Sk1+486。该断层发育在凝灰岩中，视厚度为4.4 m。真厚度约为2.0 m。断层带主要为灰绿色糜棱岩、断层泥及断层角砾。根据地质资料，断层走向NE55°，倾角约为 60°～75°。区间隧道洞身主要通过粉质粘土层、全风化层、中风化层，拱部 1.5 m以上为砂层，围岩“上硬下软”，软弱围岩除粉质粘土、全风化层，透水性较强，整个隧道地质条件很差。本区间隧道在国内首次采用了单洞双层重叠结构，隧道断面宽6.8 m，高13 m，属高边墙结构，分四台阶开挖。预支护采用小导管注浆；初期支护为网喷混凝土C20与格栅钢架(主筋φ22 mm)、锚杆(R25/4，L = 3.5 m，间距为750 mm×800 mm)联合支护；二衬采用模筑混凝土衬砌支护。各台阶之间设立临时横撑（型钢钢架），并网喷混凝土。

隧道开挖引起的地层变形是从隧道结构拱顶向上延伸的，从现场对断层位置的断面量测结果看，拱顶下沉量要小于地表沉降，为了进一步分析两者的关系，在该断面隧道正上方不同埋深位置埋设了分层沉降磁环，取趋于稳定的地表沉降和离地表8.25 m 处的地层分别做沉降槽曲线，并对曲线作回归处理(图2和图3)，图中的离散点是现场测点的实际沉降值，曲线为Gaussian 回归曲线。对比图2和图3的曲线可以明显发现两者的区别。

图2地表沉降值及其回归曲线

图3埋深8.25米处分层沉降值及回归曲线

图4拱顶正上方测点沉降

图5埋深8.25米拱顶正上方测点沉降

图3中地表沉降曲线的最大沉降量小于图4中的最大值。从两者的拟合函数可以看到，沉降槽宽度参数i前者大于后者。由此发现，从拱顶到地表的地层沉降量逐渐减小，开挖的影响范围却逐渐增大，可见现场测得的拱顶下沉量有一个超前释放部分。

图6和图7可以明显看到这样的变化，两者的Logistic拟合曲线除最终沉降量有差异外，其变化趋势基本相同。且两图中在沉降后期实测值有一个突变，这与高边墙暗挖台阶法施工中台阶长度及4台阶的爆破施工有关。

4隧道上覆地层分层沉降分析

图6隧道周边不同埋深处地层竖向位移

以现场监控量测数据为依据，经过对数据统计处理及回归分析，得出隧道周边不同埋深处地层竖向位移曲线，对浅埋隧道的地层变形规律进行了研究，得出了以下结论： 隧道开挖引起地层位移，在拱部及两侧形成一个塑性变形区域。从地层沉降槽可以看出，塑性区域延伸左右两侧的范围较大，而且一直到达隧道结构的底部.。从图6隧道周边不同埋深处地层竖向位移情况看，拱顶正上方土层满足应力松弛规律，从地表到拱顶沉降量总体变大，但在4 m左右略有减小。隧道中线以外地层，地表到隧道底部地层沉降量逐渐减小，且拱顶以下部分的沉降量相对较小。可见隧道开挖地层应力是从地表往下传递，而地层沉降的发展则是从拱顶呈辐射状传递；沉降槽随着深度增加，而i变小，两侧土体向隧道中线靠拢，在反弯点内土体受挤压，2i范围以外土体受拉，由于开挖临空面的存在，沿反弯点曲线土体易产生剪切破坏.5结论

通过对沉降理论和对深圳地铁的量测分析，可以得出下列结论： 1拱顶下沉随开挖时间的关系，沉降和时间关系曲线呈指数变化。

2深圳地层因其强度较低、地下水位较高，早期施工中出现地表沉降远远大于拱顶下沉的现象。分析表明，开挖后地应力从地表往下传递，而地层变形则从拱顶向地表发展，拱顶是隧道上覆地层中最大的塑性变形点。

3不同性质的地层具有不同的沉降特性，表现为地层压缩率存在较大差异，粉质粘土层压缩率为 7.94 mm/m，而素填土层近乎呈整体下沉。

参考文献

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第二篇：地铁浅埋暗挖施工地层变形规律的研究

地铁浅埋暗挖施工地层变形规律的研究

摘 要: 结合深圳地铁 5 号线灵芝—洪浪站区间暗挖地铁隧道工程的复杂地质条件及施工条件，通过对大量地层变形实测数据的分析，深入研究复杂地质条件下地层沉降变形的规律。研究结果表明，隧道开挖后，增大支护刚度并及时封闭成环，可以有效控制地层变形，满足了施工允许的沉降要求，可为类似工程提供相关的技术参考资料。

关键词: 地铁 浅埋暗挖法 地层变形 拱顶沉降 地表沉降

浅埋暗挖法是城市地铁区间施工的有效方法，对地质条件具有较好的适应性，已成为城市地下工程施工的重要技术手段，在我国得到了广泛的应用。然而暗挖施工所引起的各类沉降始终是地下工程中较为敏感的问题。沉降若控制不好，轻则使行人、车辆感到不适，影响地下工程文明形象，重则导致地下管线破坏、地面建筑变形开裂，影响周边居民的正常工作生活。因此，暗挖施工的沉降控制技术，一直是地下工程设计和施工所研究的课题。

目前，国内兴建地铁的各大城市，对地表与拱顶沉降限制基本采用了同一标准，即隆起量≤10 mm，沉降量≤30 mm。北京和其它地区的实践证明，将地表下沉量值控制在 30 mm 以内可保证地面建筑物和道路的安全使用。事实上，世界各国普遍是将 30 ～ 50 mm作为地表沉降控制的标准。

然而，由于深圳地质条件复杂，深圳地铁 5 号线工程某些暗挖地段出现了严重的地表下沉与拱顶沉降，最大地表沉降量达 400 mm 以上，拱顶沉降量在某些地段达到 150 mm 以上。暗挖施工引起的沉降给结构稳定性带来了安全隐患，甚至造成地面显著下沉和建筑物的严重损坏，个别地段甚至威胁到地面交通和建筑物的安全。

因此，对地层变形机理进行深入的分析研究，进而提出有效的施工措施，实现对地层变形的有效控制就显得非常必要和迫切。这对我国城市地铁建设工作具有重要的现实意义和指导作用。

本文通过分析深圳地铁 5 号线灵芝—洪浪站区间暗挖隧道设计及施工中所收集的现场资料，对深圳地区地铁施工中地表沉降的控制提出一些看法与建议。工程概况 1.1 工程地质概况

灵洪区间隧道洞身处于地下水位以下，主要从砾质黏性土、全、强、中、微风化岩石中通过。隧道结构拱顶覆土 10.50 ～ 15.34 m。其埋深位于地下水位以下，地下水压力对隧道施工及衬砌结构有较大影响。区间隧道 DK5 + 684—DK5 + 764(灵芝站端头)长 80 m，右线在 DK6 + 218.37—DK6 + 318.37(洪浪站)拱顶范围内存在饱和砂层和圆砾层，富水性大，结构松散，属较不稳定土体，透水性强，施工中易发生坍塌、涌水、涌沙等现象。1.2 地下管线及周边建筑状况

区间沿线隧道两侧存在密集的 380 V 电力、550mm × 440 mm /(20 孔)的电信、800 mm × 1 000 mm 混凝土雨水管、燃气﹑路灯等地下管线管道，地下管线管道的走向与道路平行，局部斜交。区间北侧为艾默生电子商务楼群等，南侧为灵芝公园，最近的建筑物离隧道 2.5 m。1.3 设计参数与施工方法

暗挖区间隧道初期支护为超前小导管加锚喷支护形式，设计的支护形式分为 A、B、C 型三种，其具体参数见表 1。隧道采用正台阶法施工，台阶长度 3.0 ～ 5.0 m，施工中首先在隧道拱部采用超前小导管注浆预加固地层;再进行上台阶弧形导坑的开挖，并及时架设钢筋、喷射混凝土进行初期支护;然后在上半断面初期支护保护下进行下台阶开挖并施工下半断面初期支护;最后清底做仰拱封闭整环初期支护。地层变形机理及控制措施 2.1 地层变形机理

对城市地下工程，尤其是浅埋隧道，其施工地层变形的发生，主要是由于施工引起的地层损失和施工过程中隧道周围受扰动或者受剪切破坏的重塑土的再固结所造成。另一方面隧道周围土体在弥补地层损失中，发生地层移动，引起地表沉降。因此，无论采取何种隧道施工方法，都将不可避免地引起或多或少的地层变形。

2.2 地层变形控制措施

为控制其变形，不应以地层的应力释放与位移来换取最佳支护时间，而是以第一时间及时施作支护并及早封闭成环、控制地层位移为主要原则。根据这个原则，结合现场工程地质情况分析，控制地层变形及地表下沉的基本原理就是增加土体的刚度，有效减少水土流失，同时增大支护刚度及减少暴露时间，及时成环。地层变形特点及数据分析 3.1 拱顶、地表变形沉降规律

根据西南院的监测结果，本标段隧道施工对土层影响如表 2 所示。从表 2 中沉降数据及对相关观测资料分析可知该暗挖段的地层变形的特点。由于本项目大部分开挖面处于砾质黏性土中，大气降水与地下水十分丰富，降水施工没有到位情况下掌子面稳定性极差，黏土遇水即软化成稀泥状，因此上断面施工至下断面封闭成环过程中，某些断面拱顶沉降速率较大。本文选取了一个典型断面，通过观测成环前后拱顶和地表的沉降量，找出地层变形的规律，初步揭示该类地层的变形机理和控制特点，并由此提出相应的控制措施，在施工中得到成功应用。

地铁开挖引起的地层变形是从结构拱顶向上延伸的，从现场的观测结果可以看出，拱顶下沉量要小于地表沉降。以灵洪区间 DK5 + 906 断面左线拱顶沉降、地表沉降为例，进一步分析二者的关系，见图 1 和图 2。

从图 1 可以看出，在断面施工期(即上半断面初期支护到下半断面封闭成环)中，拱顶产生较大沉降量，最大沉降速率达到 15.8 mm/d，封闭成环后沉降量趋于稳定。整个施工过程洞身收敛值的累计值与速率一直不大，说明设计初期支护变形不大，刚度能满足隧道开挖施工要求。

地表沉降除受施工工艺与技术影响外，降水施工对其也产生较大影响。从图 2 可以看出，在 12 月 12日开挖之前，由于提前降水施工，该断面已有 15 mm的沉降;12 月 20 日封闭成环后，近一个月时间里，由于一直降水施工，断面沉降一直处于增加趋势，最大值达 150.5 mm，地层失水固结沉降极大，施工中应注意降水的控制。

地表下沉值远大于隧道拱顶下沉值。地表累计下沉量最大达到 150.5 mm，沉降超过 100 mm 的测点较多，最大沉降速率达 17． 2 mm/d，而隧道内拱顶下沉值相对较小，最大累计下沉值为 58 mm。这说明测得的拱顶下沉量并非其下沉量的全部，同时地层内部的沉降也是造成地表下沉的重要原因。3.2 地表横断面变形规律

地表沉降的影响范围较大。根据监测的结果发现，在距隧道轴线附近沉降值较大，离轴线越远，沉降值越小。本文取 DK5 + 906 断面趋于稳定的地表沉降值作沉降曲线，如图 3 所示。从图 3 中可以看出，隧道轴线 4 m 范围内，地表沉降值已达 140 mm 以上，20 m处的地表沉降累计值已达 44． 6 mm。结论 在城市地铁施工中浅埋暗挖法具有广泛的适用性。选择正确的施工方法及支护参数，合理安排施工工序，尽快形成封闭结构可以有效减小地层变形。通过本文的研究，主要得出以下结论: 1)无论从深圳地铁早期 1 号线工程还是目前正在施工的 5 号线工程来看，区间暗挖施工地表与拱顶都出现过较大的沉降，产生上述情况的原因除与施工工艺有关外，还与深圳地质的复杂性﹑含水状况以及预加固措施不到位等众多因素密不可分。其施工工艺与技术是影响沉降的主要因素。

2)从图 1 可以看出，在全风化花岗岩与砾质黏性土等软弱地层中暗挖施工时，由于存在着大量地下水，软弱岩土地层遇水完全失去强度，不能形成天然拱效应，掌子面不稳定，所以在施工中要严格控制施工工艺，严格按照十八字方针施工，合理安排各工序的衔接，尽量早封闭掌子面，有必要时可施作临时仰拱与工字钢支护，保证工作面稳定。做好各项应急预案措施与应急物质储备，遇到涌水、涌泥等紧急状况，及时处理。

3)从图 2 分析可以看出，降水施工引起的地层超固结问题，伴随着施工全过程，整个 5 号线施工，都有由于降水施工引起地表沉降过大的现象，目前就降水的控制也没有一个严格的规范与标准。据有关文献研究表明，抽水影响半径能达到 190 m 左右，所以在实际施工中，要严格控制降水时间与降水量，能保证隧道正常开挖的降水就可以，不要过量降水作业，尽量减少地层固结沉降，以保证地面建筑物及管线的安全。

4)平行隧道施工过程中，对于掌子面间距是有要求的，规范规定掌子面间距≥15 m，避免开挖与降水施工引起地层沉降的叠加效应。鉴于深圳地质条件的复杂性与地下水的丰富，经专家与现场施工建议掌子面距离取 30 m 以上。

5)根据不同季节合理安排施工步骤。深圳 4 月至 8 月多为雷暴雨季节，雨量大，考虑隧道结构安全，可以及时施作二次衬砌，使地层变形趋于稳定。

6)地层沉降控制应采取综合治理措施，注浆堵漏可降低地层固结沉降，加固地层可增加软弱地层刚度，减小地层压缩变形，增加初期支护刚度并及时封闭成环可控制地层整体下沉，从而减小地层沉降。

参 考 文 献

［1］阳军生，刘 宝 琛． 城 市 隧 道 施 工 引 起 的 地 表 移 动 及 变 形［M］． 北京: 中国铁道出版社，2002．

［2］王梦恕． 北京地铁浅埋暗挖法施工［J］． 铁道工程 学报，1988，12(4): 7-12．

［3］施仲衡，张弥，王新杰，等． 地下铁道设计与施工［M］． 西安:陕西科学技术出版社，1997.［4］张宝才，徐祯祥． 浅埋暗挖土质隧道的位移和力学传递特性［J］． 铁道建筑，2000(9): 9-11.［5］杜建华，彭彦彬，杜华林． 浅埋暗挖大跨三联拱隧道施工技术［J］． 铁道建筑，2010(4): 44-47．

第三篇：隧道盾构引起邻近建筑物及桩基变形分析

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摘 要:以天津地铁 2 号线隧道盾构施工为背景，取沿盾构轴线右侧一 6 层框架居民楼为研究对象，基于 ABAQUS 软件，建立了隧道和邻近建筑物及其桩基的计算模型，分析盾构施工对邻近建筑物及其桩基础变形的影响。结果表明，隧道盾构施工导致地表沉降，引起框架结构及其桩基变形，框架整体向隧道盾构一侧倾斜。其中框架梁靠近中柱一端沉降较大，而框架中柱及其桩基也较两侧边柱及其桩基的沉降大。同时表明，盾构施工对邻近建筑物及地下桩基变形产生的影响是整体相关的，在隧道盾构施工时应引起相关设计与施工部门的注意。

关键词：隧道盾构；邻近建筑物；桩基础；数值分析；变形

隧道盾构施工已成为城市修建地铁的必要手段，然而，在有限的城市空间中，隧道往往不可避免地会与已有的建筑物相邻近，它们之间有着复杂的相互作用关系。盾构施工不可避免地会对周围地层产生扰动，使周围孔隙水压变化、地层原始应力重新分布、原有的土体平衡状态遭到破坏，这导致地表发生沉降变形，引起地上或地下邻近建筑物、构筑物的开裂、甚至破坏等问题[1]。

从目前相关资料来看，盾构施工研究多侧重于对地面沉降量及影响范围的预测[2-4]，或盾构对地下构筑物或管线的影响[5-10]，而盾构对沿线上部建筑及其下部结构整体影响研究及盾构对建筑物整体(包括土、基础和地上结构)引起的结构变形规律研究较少。

本文以天津地铁 2 号线某区间段隧道盾构施工为背景，利用 ABAQUS 软件建模，进行数值计算，分析隧道盾构施工引起的邻近建筑物及地下桩基的变形规律，为研究盾构施工引起邻近建筑物及地下桩基整体变形提供了参考。

1工程概况

所采用隧道盾构区间段沿盾构轴线一侧下穿市区 6~8 层建筑物，结构形式以框架结构为主。

该区段隧道盾构中心距地表 16 m，盾构直径为6.2 m，盾构管片设计采用净空Φ5 500 mm，管片厚度 350 mm，环宽 1.2 m。

建筑物位于隧道右侧，为 6 层框架结构居民楼，层高为 3.3 m，开间宽 6 m，梁截面尺寸为 600 mm×300 mm，柱截面尺寸为 500 mm×500 mm，地下为桩基础，桩径为 500 mm，桩长 13 m。桩基离隧道右边缘最近距离为 4 m，最远距离为 20 m(图 1，轴线从左至右为 A—D 轴)。

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2隧道盾构引起地表沉降 2.1地表沉降现场监测点布置

由于隧道盾构区间较长，取盾构轴线上三个盾构横截面(R210、R211、R212)的地表沉降监测值作统计分析。R212 断面涉及建筑物，其余纵向监测每隔两环布置一点。横向断面监测以轴线为中心，左右对称布置，每隔 10 m 布置一点，每侧布置 3 个测点，具体隧道监测点布置见图 2。

2.2实测结果分析

关于隧道盾构开挖引起的地表沉降，一般常用Peck 公式[11]经验法估算。该法主要是 使命：加速中国职业化进程

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根据隧道盾构开挖后地表沉降槽的形状用一定的曲线表示。图 3为实测各断面的地表沉降曲线，可以看出隧道盾构施工产生的地表沉降横向分布呈近似正态分布曲线，隧道轴线部位沉降最大，建筑物也在沉降影响较大范围内，这与经验法结果一致。ABAQUS有限元数值模拟 3.1模型建立

隧道沿纵向可以看作无限长，分析时作平面应变问题处理，模型简化为二维模型。其中土体、衬砌、桩基础采用平面壳单元模拟，框架采用梁单元模拟。隧道的衬砌、地表建筑和桩基础都是钢筋混凝土材料。其中隧道衬砌及桩基础与周围土体均设有摩擦接触。本文建模时采用在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，依次来模拟应力释放效应。计算区域各层土体及混凝土的参数见表

1、表 2。

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3.2盾构开挖模拟

采用 ABAQUS 中单元生死操作模拟盾构土体开挖，利用模量衰减方法来模拟应力的部分释放现象。在平衡地应力后，加入以下几个分析步：reduce分析步，在此步中开挖区模量衰减 40%；add 分析步，此步中激活衬砌单元；remove 分析步，此步中移除隧道开挖单元。此外，还需定义场变量 FieldVariable 相关的弹性模量参数。模型网格划分采用手动划分方式，划分结果见图

4、图 5。

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4计算结果分析 4.1地表沉降

由图 6 所示地表沉降计算曲线可见，地表在建筑物中柱附近产生了最大沉降，最大沉降值为 20 mm。这说明建筑物的存在对地表沉降有一定影响。隧道盾构引起的地表沉降趋势仍然符合 Peck 公式所计算结果，曲线在地表横向分布呈近似正态分布曲线，以建筑物中线为轴对称分布。远离盾构开挖，地表沉降值越小，且与前述实测 R212 横断面的地表沉降值一致。这一结果表明，根据本文所取的模型及参数的数值模拟结果与实测数据及经验公式计算值有很好的一致性。

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4.2建筑物变形

图

7、图 8 分别为左、右侧各层梁的竖直位移曲线。可见，左侧梁的竖直位移从左至右逐渐增加，而右侧梁的竖直位移从左至右逐渐减少。两侧梁的竖直沉降曲线近似对称于框架中线，这与隧道盾构引起的地表沉降曲线基本一致。可见框架中柱的沉降大于两侧边柱的沉降，框架的沉降趋势与地表的沉降趋势也基本一致。框架梁的沉降值由下至上逐渐递增，最大沉降值达 22 mm。

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图 9—图 11 分别为 A—D 轴各层柱的水平位移曲线，结合图 1 可得知，从 A 柱到 D 柱越来越远离隧道中心。

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a.A 轴柱的水平位移最大为 19.23 mm，B 轴柱为 18.05 mm，D 轴柱为 17.60 mm，可见框架柱的水平位移与距盾构距离相关，距离盾构开挖中心轴线越远，水平位移越小。

b.首层 A 柱的水平位移从下至上递减，而首层D 柱的水平位移从下至上递增，其余柱的水平位移沿柱身从下至上均呈递增趋势，且位移均朝向盾构一侧，框架整体向盾构开挖一侧倾斜。分析认为这是由于盾构施工使隧道周边的地层压力(即地表建筑左侧)损失，从而引起地表建筑左侧的压力减小，使其产生逆时针方向的倾斜。

c.各轴柱的水平位移由下至上递增，可见盾构开挖时，框架顶层的变形增大明显，因而在盾构施工时，对建筑顶层需进行严格的监控。4.3地下桩基础变形

图 12 为地下桩基的水平位移曲线，图 13 为桩基础变形云图。分析可见，地下桩基的水平位移与框架柱类似，远离盾构开挖中心线的桩基水平位移越小，且桩基的水平位移沿埋深呈递增趋势，但 A轴桩与 C 轴桩在埋深 10 m 后水平位移下降。从桩基变形云图可看出地层损失使得邻近桩基中靠近隧道的一端压力减小，从而产生向左的水平位移。经计算A 桩的最大竖直位移为 18.79 mm，B 桩为 21.17 mm，C 桩为 21.31 mm，D 桩为 19.63 mm，可见中部桩基的沉降大于两边的桩基，这与盾构开挖引起的地层沉降变形一致。因此，在隧道盾构施工过程中需对建筑物中柱及中部桩基进行严格的监测，以避免建筑物及其桩基发生过度沉降。

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5结语

a.隧道盾构开挖引起的地表沉降经数值模拟计算，其计算结果与实测值及 Peck 经验公式计算预测的地表沉降曲线趋势一致，均为正态分布曲线，且在建筑物的中部地表沉降值最大。

b.地表建筑物的框架梁的变形趋势与地表沉降一致，左右侧梁靠近中柱一端的竖直位移最大，距隧道中心线越远，梁的竖直位移越小，且上层梁比下层梁竖直位移大。

c.整体来看地表框架柱的变形，中柱的沉降大于边柱，柱水平位移距隧道中心线越近，变形越大，且水平位移均朝向盾构一侧，使建筑产生向隧道一侧的倾斜；上层框架柱的水平位移大于下层，框架建筑物上层变形较大。

d.远离隧道盾构中心线的建筑桩基水平位移越小，且水平位移沿埋深呈递增趋势。桩基产生向隧道一侧的水平位移。中部桩基的沉降大于两边的桩基，与盾构开挖引起的地表 使命：加速中国职业化进程

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及框架柱沉降变形基本一致。

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第四篇：浅埋暗挖段隧道地质探测施工方案

浅埋暗挖段隧道地质探测施工方案

目 录

一、工程概况................................................................................................................2

二、探测设备................................................................................................................4

三、测线布置................................................................................................................4

四、操作程序................................................................................................................5

五、质量保证措施........................................................................................................5浅埋暗挖段隧道地质探测施工方案

一、工程概况

北京站至北京西站地下直径线东段浅埋暗挖隧道起始里程为：DK0+850～DK1+628；其中DK0+850～DK0+880段为矩形断面，该段隧道施工通过隧道进口明挖段施作完成后提供工作面；DK0+880～DK1+628段通过位于DK1+142的1#工作井及横通道提供工作面向东西方向开挖。根据2006年11月20日浅埋暗挖段隧道专家评审会的意见及相关工程洽商，DK1+142～DK1+628段隧道采用洞桩法施工；DK1+142～DK0+880段隧道施工工法待定。

为消除地下施工安全隐患，了解隧道上方地层的水囊及土质松散密实情况，我部拟聘请专业地质探测单位对我部承担的暗挖隧道开挖轮廓线上方及轮廓线以外2m范围内的地下情况进行雷达探测。探测里程DK0+850～DK1+628，共计778m。

图1-1 1#工作井及横通道结构示意图

浅埋暗挖段隧道地质探测施工方案

200011652***365

图1-2 1#工作井以东段隧道断面示意图

2000***00010250

图1-3 1#工作井以西段隧道断面示意图

由于1#工作井以东段隧道（DK0+850～DK1+142）施工工法未定，隧道开挖轮廓线宽度目前难以明确，故本次探测宽度取两种工法较宽的为准，并考虑隧道存在加宽段，探测宽度为20m。

浅埋暗挖段隧道地质探测施工方案

二、探测设备

SIR-3000型地质雷达一台 100MHz雷达探测天线一部

三、测线布置

测线1测线2测线3测线4测线5测线6测线***00300030002000***0000200010250

以DK0+850为起点，由东向西纵向布置七条测线，七条测线分布如上图所示：在隧道中心轴线上布置一条测线，以轴线为中心向南北方向每3m布置一条测线。

浅埋暗挖段隧道地质探测施工方案

四、操作程序

⑴收集相关的地质资料；

⑵我部测量队将隧道中心线及里程桩号进行放样，现场交与探测单位，并在探测过程中安排一名测量工全程陪同；

⑶以所获取的里程桩号为基准，每10米一标，进行里程标注； ⑷开启仪器，拉动天线沿着测线方向进行扫描，并在图像明确标记； ⑸然后进行室内资料整理与分析，并将探测结果标注在CAD成果图上。

五、质量保证措施

⑴严格执行ISO9001质量管理与质量保证体系标准，明确各级职责； ⑵探测工作严格按国家勘察大纲、技术细则和有关规范实施；

⑶探测工作过程中，项目技术负责人及探测单位要对各作业组的探测过程、结果进行检查，探测班组要做好记录，做到清晰完整，表格填写齐全，资料管理科学严谨；

⑷对探测结果严格执行三级探测验收制度，严禁弄虚作假，确保探测结果科学公正；

⑸项目探测人员在探测实施过程中，应保证探测及时、反馈结果及时； ⑹探测完成后，应在2日内将探测结果（报告）反馈到我部。

⑺项目探测完成后，将最终探测报告整理成册，一式4份，并附送电子文档； ⑻妥善保存野外原始资料，使探测工作质量具有可追溯性。

第五篇：隧道底地层加固施工技术研究论文

［摘要］介绍了隧道底地层加固施工技术，主要应用于盾构工程中成型隧道底部地层加固施工。该施工方法的主要特点为效果可靠、实施方便、经济性较好、安全性与适用性好等。运用此项技术从隧道内加固隧道底地层可避免征地拆迁、管线迁改、交通疏解等问题，具有显著的社会效益。

［关键词］隧道工程;盾构;加固;注浆

0引言

随着城市轨道交通工程的高速发展，盾构在隧道工程中的应用越来越广泛，由于受到地面建筑物结构、管线等因素影响，盾构机不可避免地要穿越不良地质地层，此类地层会对地铁的运营安全造成影响，因此隧道底部以下的不良地质地层必须进行加固处理。盾构工程大部分位于城市繁华区域，通常不具备地面加固条件，因此只能等盾构隧道成形后，再从隧道内进行注浆加固。但若是直接利用管片吊装孔进行压力注浆加固，仅能对管片周边很小范围注浆，其注浆范围不受控制，并容易导致管片过大上浮，影响成型隧道的质量，并且不能真正达到地层加固的效果。若是采用从管片上钻孔埋管进行注浆加固，由于隧道埋深较深，隧道底部水头承力较大，在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂的情况，从而有可能导致隧道变形，其后果非常严重。因此研究一种安全、有效，适用于成型隧道底地层加固的施工技术对于类似工况的隧道底地层加固有很好的借鉴意义。

1隧道底加固技术方案及要点

由于隧道埋深大，而加固地层主要以液化砂层及淤泥层为主，因此在隧道内成孔时(特别是砂层)，须防止管内或管与管片预留孔间产生喷涌。针对该风险对普通袖阀钢管进行改进，增加自行研发的防喷涌装置，确保成孔、注浆加固过程中的安全，并形成相应的检测方案，以确保施工质量。

1.1工艺原理

针对盾构在隧道内进行注浆加固处理过程，在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂情况的特点，对隧道底加固施工工艺流程进行了分析，对施工过程防喷涌装置技术进行了研究，形成了一套有效的、适合于盾构隧道底加固施工的技术，成功地解决了盾构在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂情况等质量控制难题，使得隧道满足结构的承载力和变形要求。隧道底部加固是采用袖阀钢管注浆，将水泥浆液通过劈裂、渗透、挤压密实等作用，与土体充分结合形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体。注浆花管中有上、下两处设有2个栓塞，使注浆材料从栓塞中间向管外渗出，阻塞器在光滑的袖阀钢管中可以自由移动，可以根据工程的需要在注浆区域内某一段反复注浆。施工中，它能够定深、定量，进行分序、分段、间隙和重复注浆，结合防喷涌装置，解决了在加固过程中打穿管片、下管注浆时容易出现的喷水、喷砂的难题，大大提高了加固过程中的安全性。

1.2加固技术方案

1)隧道底加固施工时，先在管片预钻孔位置上方安装1个防喷涌装置:装置由2条4英寸钢管(1英寸=2.54cm)、1个4英寸球阀、1条内径52mm的钢管、1个异形接头、3道密封胶圈组成。施工时，通过在管片上打膨胀螺栓先将下部结构固定在管片上，然后将上部结构套在钻机钻杆上，钻孔前先将上部结构与下部连接好，然后再开始钻孔，待钻至设计底标高后提起钻头，待钻头过4英寸球阀后关闭球阀，然后再松开异形接头，提出钻头并从钻杆上取出上部结构，再将上部结构连接在下部结构上面。

2)钻孔完成后下注浆管，注浆管为外径52mm的钢管，钢管末端为锥形，钢管上每隔100mm车一道50mm长、厚2mm的内槽，内槽部位梅花形开直径2～4mm的小孔，然后在内槽位置套上1个橡胶套，待注浆管过3道密封胶圈后打开4英寸球阀让注浆管下到设计底标高。

3)插入注浆芯管至设计底标高。注浆芯管由开孔钢花管和2个橡胶套栓塞组成，注浆芯管末端用闷盖封堵，4)通过防喷涌装置下部结构预留的4分管注入套壳料，套壳料由膨润土和水泥现场搅拌。

5)注浆缓慢提升注浆芯管，通过压力击穿注浆管上的橡胶套，从而实现分层注浆。通过采用隧道底注浆加固的施工方法，确保了钻孔过程和下注浆管过程、注浆过程均处于密封状态下，防止了喷涌现象的发生，并能实现分层注浆，达到更佳的注浆效果。

1.3加固施工要点

1)套管钻孔时避开管片钢筋，预留20mm左右保护层，严禁一次钻穿管片，避免出现涌水、涌砂的现象。由于原来管片上没有预留注浆孔，因此在进行隧道底袖阀管注浆加固施工时，需先用地质钻机在管片上钻孔。在打入袖阀钢管前，套管内安装1个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀。为加强保障，除了逆止阀，在注浆套管上方安装1个带多重止水橡胶的钢套管。若盾构管片上没有预埋注浆套管，则需采用钻机钻穿管片混凝土进行开孔，袖阀钢管插入钢套管内，通过止水橡胶有效防止管壁间涌水的可能。袖阀管需采用特制的复合袖阀钢管，钢管底部为圆锥形的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内，复合袖阀钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入加固区，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。袖阀钢管一般每节长2～3m，顶部安装带观察管的钢帽，钢帽可承受锤击。观察管上设可开闭的阀，用作观察注浆管内是否有地下水侵入，如果有地下水，可关闭观察管上的阀，也可通过观察管注浆封堵。

2)对于同一孔进行分次分段注浆(可取每0.3～0.6m为一注浆段)，先注单液浆，后注双液浆，以确保浆液能集中在隧道底部而不至于过分扩散。

3)注浆过程中为了使地层结构不受扰动和破坏，要严格控制注浆压力及注浆量，注浆压力一般控制在0.5MPa以内，注浆量原则上一般每m耗用水泥200kg，如果单液浆注浆量达不到原则规定，且压力上不去，可换注双液浆，具体配比根据现场实际情况确定，直到注浆压力稳定后可停止注浆。

4)注浆过程中要密切关注注浆压力，并且密切注意隧道异常变化，对隧道管片进行密切监测，监测点布置如图4所示。出现浆液沿注浆管壁上冒击裂封堵层、管片有抬升等异常情况时要立刻停止注浆。

5)土层液化对盾构隧道的危害主要是隧道下部土层液化造成隧道的下沉变形，因此隧道抗蠕变或防振动液化加固可以只加固隧道底部90°范围，加固深度视隧道底砂层和淤泥层厚度而定。为了满足注浆需要，每环管片设置3个注浆孔，排距1500mm。最外缘两注浆孔夹角为60°，由于注浆浆液的扩散作用，加固范围可超过90°。管片加固注浆孔布置如图6所示。

6)为了检测方便，施工检测试验点都选在6点位置，在原来钻孔位置环向偏20cm左右，且现场临时架设三角架通过定滑轮来做标准贯入试验。标准贯入试验完成后，标贯器不再拔出，试验完成后立即进行注浆封孔。在施工前现象必须备好木塞、棉胎、快速水泥、大锤等应急物资，出现涌水的现象立即封堵试验孔。

7)考虑到地铁运营期间隧道可能存在后续沉降，因此在隧底地层加固完成后需对注浆管路进行清洗，并将注浆管延长到道床面以上，便于地铁运营期间对隧道进行补充注浆加固。

2结语

在国内首次提出从隧道内通过采用成熟的袖阀管注浆工艺，结合自主研发的防喷涌装置，对成型隧道底部地层进行加固，通过安装防喷涌装置使得施工过程中的管片开孔、下管注浆以及加固质量检测均是在密闭的条件下进行，大大降低了施工风险。同时实现了隧道底部地层的分层注浆，确保了地层加固质量;有效防止了管片过大上浮。对类似工况的隧道底地层加固施工有着较好的借鉴作用，在珠三角城际快速轨道交通工程盾构施工中应用效果良好，避免了征地拆迁、管线迁改、交通疏解等问题，取得了显著的社会效益。

参考文献:

［1］王梦恕．隧道与地下工程技术及其发展［M］．北京:北京交通大学出版社，2004．

［2］李幸发．水平浆技术在盾构法隧道端头加固中的应用［J］．施工技术，2014，43(11):95-99．