盾构施工引起土体位移的空间计算方法(4)

盾构施工引起土体位移的空间计算方法

第2期姜忻良等:盾构施工引起土体位移的空间计算方法　　　　

图6　隧道推进示意

l

(z式中-h)

,U1=

∫∫h+R

R2-2

s(x,y,z)dydzdx;

h-R

-

R2-(z-h)2zl

∫∫h+R

r2

-(z-h-g 2)2

U2=

dydzdx,

h-R+g-

r2-(z-h-g 2)

2sz(x,y,z)U1为外圆柱体积分得到的竖向位移,U2为内圆柱

体积分得到的竖向位移,土体内任一点的竖向位移

是由内外两个圆柱体产生的竖向位移相减得到.同理,其它方向的位移也可通过同样的方法得到.

4　壁后注浆

为了减小地面沉降量,在盾构推进同时进行

同步注浆,在衬砌脱离盾尾时从盾尾的几个注浆孔喷射浆液以控制地面沉降量.注浆过程可以看作是产生盾尾空隙的逆过程,对它引起土体位移的计算可以根据上节的推导进行,只是位移方向相反.盾尾各个注浆孔的注浆压力不同,一般上面的注浆孔较大,下面注浆孔的较小或不注浆,这样实际衬砌外围的浆液并非均匀分布,而是上大下小,据此特点,本文提出注浆产生的体积膨胀与盾尾空隙的空间分布相似,也是半径不同而且侧壁相连的两个圆柱体之间的所夹体积,但是该体积膨胀并不等于实际的注浆体积,因为在实际注浆过程中存在浆液损耗,浆液损耗体积与土体孔隙率及渗透系数、注浆压力、隧道超挖情况及输送浆液管道长度紧密相关,一般来说浆液损耗体积随土体孔隙率及渗透系数、注浆压力、隧道超挖体积和管道长度的增大而增大.综合考虑,可以采用损耗系数来描述浆液的损耗情况.

5　工程应用及结论

天津地铁一号线工程总长26.2km,部分路段采用盾构法施工.工程实测段位于小白楼站至下瓦房站区间盾构施工段的端头井附近,实验中采用分层沉降仪来量测各层土体在盾构施工过程

中竖向位移,采用测斜仪来量测盾构施工过程中周围土体的水平位移,同时在各测点处加设地面点以量测盾构推进过程中地表的沉降规律,仪器埋设平面布置如图7,ZX1～ZX4和FC1～FC4为分层沉降测孔,CX1～CX4为测斜仪测孔.

图7　仪器平面布置 m

试验中对盾构进洞掘进的整个过程进行监

测.根据镜像方法计算原理及注浆压力影响的分析方法,编写程序对盾构推进过程中由于地层损失及同步注浆引起的土体位移进行计算,并和实际监测结果对比.隧道轴线位于地表以下11.85m,h=11.85m;盾构机切口环外径6.4m,衬砌外径6.2m,孔隙厚度g=20cm;盾尾每沿米的实际注浆量为3m3左右,浆液损耗系数约为0.6,每沿米有效注浆体积为1.2m3.

本文计算了盾尾末端到达100m时土体的位移情况,得到隧道中心线上方纵向地表沉降曲线(

图8),从盾尾末端前40m至后40m范围内隧道中心线上方地表沉降逐渐增大,盾尾末端上方地表沉降约15mm,其后40m处中心线上方地表沉降约为31mm,之后地表沉降基本不变,即可认为沉降稳定.

图8　纵向地表沉降曲线

本文取盾尾末端后50m处横断面进行计算,该断面地表及地表以下5m处横向沉降曲线如图

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