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1、城市地下工程第二十講地下空間工程施工劉劉 勇勇 教授教授石家莊鐵道大學石家莊鐵道大學 土木工程學院土木工程學院 一、盾構(gòu)法施工過程二、盾構(gòu)法施工注意事項 一、地面沉降機理二、建筑物保護技術(shù)五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （一）（一）地面沉降的原因地面沉降的原因 地層原始應(yīng)力狀態(tài)的變化； 地下水位的變化； 盾尾空隙充填壓漿不足； 盾構(gòu)為修正蛇行和在曲線上推進而進行超挖，也會使周圍土體松弛范圍擴大助長了地表下沉。 襯砌變形； 受撓動土體的固結(jié)。五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （二）土體位移的機理（二）土體位移的機理 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施

2、工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 第一階段：盾構(gòu)到達前的超前沉降盾構(gòu)到達前的超前沉降 第二階段：盾構(gòu)到達時的隆沉盾構(gòu)到達時的隆沉第三階段：盾構(gòu)通過時的沉降盾構(gòu)通過時的沉降 第四階段：盾尾通過后的隆沉盾尾通過后的隆沉 第五階段：后續(xù)沉降后續(xù)沉降 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （三）地層位移變形的分布及影響范圍（三）地層位移變形的分布及影響范圍圖22-1-2 地基位移的分布(沖積粘性土地基)圖22-1-3 地基位移的分布(沖積砂性地基)五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 盾

3、構(gòu)施工引起的土體變形，其縱面影響范圍，在盾構(gòu)盾構(gòu)施工引起的土體變形，其縱面影響范圍，在盾構(gòu)前方約前方約( (D Dhtghtg4545) )范圍內(nèi)范圍內(nèi)( (h h為地表至盾構(gòu)底的深度，為地表至盾構(gòu)底的深度，D D為盾構(gòu)直徑為盾構(gòu)直徑) )。在粘性土地層，其縱向影響范圍為一夾。在粘性土地層，其縱向影響范圍為一夾角為角為4545的斜直線；而在砂土地層，其縱向影響范圍呈的斜直線；而在砂土地層，其縱向影響范圍呈一鼻形曲線，深層土體的范圍與粘性土相同，而表層土一鼻形曲線，深層土體的范圍與粘性土相同，而表層土體要小于粘性土。體要小于粘性土。從橫向影響范圍來看，粘性地層影響范圍為隧道軸線從橫向影響范圍來看

4、，粘性地層影響范圍為隧道軸線兩側(cè)兩側(cè)(D/4(D/4htg45htg45) )；砂性地層影響范圍要小些，約為；砂性地層影響范圍要小些，約為(D/4(D/4hcot60hcot60) )。五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （四）地層位移的計算和預(yù)測（四）地層位移的計算和預(yù)測(1)Peck公式 圖22-1-5 隧道上部沉降橫斷面形狀(peck1969)2exp(22(max)(ixSSxiViVSss5 . 22)()(max)nRZKi)2( 1 . 038. 0 1 . 143. 0ZiZi非粘性土：粘性土：)()(2 )()(221)(iyyiyyiViyyiyy

5、iVSlillily2574. 2max)2(6242.140RZS)2/8655. 2exp(032. 1maxRZS1556. 1maxQFS4223. 7)2ln(173.120806.29RZSnRZRKW)2(5 . 1五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （四）地層位移的計算和預(yù)測（四）地層位移的計算和預(yù)測(2)彈性介質(zhì)的有限元分析法ciisisHHEEciisiHH)21(103 . 224DHEsDHh36五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地

6、面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （四）地層位移的計算和預(yù)測（四）地層位移的計算和預(yù)測(2)彈塑性介質(zhì)的有限元分析法彈塑性介質(zhì)有限元法估算盾構(gòu)施工引起的地彈塑性介質(zhì)有限元法估算盾構(gòu)施工引起的地表沉降，能更好地反映土體特性對地表沉降表沉降，能更好地反映土體特性對地表沉降的影響，考慮了土體本身的壓縮性、剪脹性的影響，考慮了土體本身的壓縮性、剪脹性等因素，并能反映出沉降前后土體的應(yīng)力變等因素，并能反映出沉降前后土體的應(yīng)力變化和土體位移情況等。但是，采用該方法時，化和土體位移情況等。但是，采用該方法時，確定合適的土體本構(gòu)和測定土體各種參數(shù)較確定合適的土體本構(gòu)和測定土體各種參數(shù)較困難。困難。（五）地表

7、沉降的監(jiān)測與控制（五）地表沉降的監(jiān)測與控制 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 （五）地表沉降的監(jiān)測與控制（五）地表沉降的監(jiān)測與控制 施工監(jiān)測項目a監(jiān)測地下水位的變化 b監(jiān)測土體變形 (a)地表變形觀測 (b)地下土體沉降觀測 (c)盾構(gòu)各個襯砌環(huán)脫出盾尾后的沉降觀測 (d)盾尾空隙中坑道周邊向洞內(nèi)位移觀測 (e)對附近建筑物的觀測 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 (2)地表沉降的控制 減少對開挖面地層的撓動 a施工中采取靈活合理的正面支撐或適當?shù)耐翂褐祦矸乐雇馏w坍塌，保持開挖面土體的穩(wěn)定。 b在盾構(gòu)掘進時，嚴格控制開挖面的出土量，防止超

8、挖。 c控制盾構(gòu)推進一環(huán)的糾偏量，以減少盾構(gòu)在地層中的擺動和對土體的撓動。同時盡量減少糾偏需要的開挖面局部超挖。 d提高施工速度和連續(xù)性。五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機理和防治地面沉降機理和防治 (2)地表沉降的控制 做好盾尾建筑空隙的充填壓漿 a確保壓注工作的及時性，盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間，以防止地層坍塌。 b確保壓漿數(shù)量，控制注漿壓力。 c改進壓漿材料的性能。 (1)建筑物保護技術(shù) 保護對象的確定 a對已有建筑物和地下管線進行調(diào)查。 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)圖6-5-24 基底壓力擴散示意圖S=Z+2.8RZ2.8RR2RS=R+2.8R45b

9、確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)地表變形對建筑物的影響地表變形對建筑物的影響l地表均勻沉降地表均勻沉降l地表不均勻沉降地表不均勻沉降( (傾斜傾斜) ) l地表曲率地表曲率 l地表水平變形地表水平變形 b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)建筑物的保護等級和允許變形建筑物的保護等級和允許變形b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)建筑物的保護等級和允許變形建筑物的保護等級和允許變形六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)b確定已有建筑物的容許量

10、六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)地表變形對建筑物的影響地表變形對建筑物的影響b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)地表變形對管線的影響地表變形對管線的影響地下管線一般可分為剛性管線和柔性管線兩類。地下管線一般可分為剛性管線和柔性管線兩類。煤氣管、上水管及預(yù)制鋼筋混凝土電纜管等通常煤氣管、上水管及預(yù)制鋼筋混凝土電纜管等通常采用剛性接頭，屬于剛性管道，地層移動不大時采用剛性接頭，屬于剛性管道，地層移動不大時可正常使用，地層移動幅度超過一定限度時則將可正常使用，地層移動幅度超過一定限度時則將引起管道斷裂破壞。采用承插式接頭和橡膠墊板

11、引起管道斷裂破壞。采用承插式接頭和橡膠墊板加螺栓連接接頭的管道，如常見的下水管道等。加螺栓連接接頭的管道，如常見的下水管道等。接頭轉(zhuǎn)動角度及管節(jié)中的彎曲應(yīng)力小于允許值時，接頭轉(zhuǎn)動角度及管節(jié)中的彎曲應(yīng)力小于允許值時，管道可正常使用，否則也將產(chǎn)生斷裂或泄漏，影管道可正常使用，否則也將產(chǎn)生斷裂或泄漏，影響使用。響使用。b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)地表變形對管線的影響地表變形對管線的影響剛性接頭剛性接頭柔性接頭柔性接頭b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)柔性接頭縱向受力柔性接頭縱向受力柔性接頭橫向受力柔

12、性接頭橫向受力 c估算已有建筑物由于盾構(gòu)施工可能產(chǎn)生的變形量。 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)(1)建筑物保護技術(shù) 保護技術(shù) 可采用基礎(chǔ)托換、結(jié)構(gòu)補強等直接法和地基加可采用基礎(chǔ)托換、結(jié)構(gòu)補強等直接法和地基加固、隔斷法、凍結(jié)法等間接法二大類。固、隔斷法、凍結(jié)法等間接法二大類。 六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)洞內(nèi)樁基托換洞內(nèi)樁基托換第一步 超前支護、開挖和支護初期支護第二步 植筋、初期支護樁上植筋第三步 剝樁、托拱初期支護第一層托拱第四步 斷樁、托拱初期支護第一層托拱第二層托拱圖6-4-21 樁基托換施工示意圖六六盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時的保護技術(shù)隔斷樁施工隔斷樁施工圖6-4-13 風道開挖施工工序分部-50-25-20-15-10-50510152025樓房風道圖6-4-14 有隔斷樁段最終地表沉降與風道、樓房結(jié)構(gòu)關(guān)系隔斷樁測點坐標/m地表下沉/mm -10-20-15