道路橋梁工程師評(píng)職論文范文交通工程施工研究
摘要:不同城市地鐵隧道工程的地質(zhì)條件、地面環(huán)境、隧道埋深、上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形的適應(yīng)能力和使用要求具有很大差異,地鐵隧道地面沉降問題時(shí)有發(fā)生,南昌地鐵盾構(gòu)施工穿越地層主要以中、粗砂、圓礫、礫砂層為主,部分區(qū)間含有強(qiáng)風(fēng)化千枚巖和少量石英巖脈,基于南昌地質(zhì)特殊性,結(jié)合目前南昌城市已施工盾構(gòu)沉降原因分析,提出對(duì)于南昌軌道交通工程盾構(gòu)施工避免沉降的應(yīng)對(duì)措施尤其重要。
關(guān)鍵詞: 盾構(gòu),沉降,措施
城市地鐵隧道盾構(gòu)施工不可避免的會(huì)對(duì)周圍巖土體產(chǎn)生不同程度的擾動(dòng)或破壞,造成地層位移與變形,甚至誘發(fā)地面沉降、地下管線等建(構(gòu))筑物受損等環(huán)境影響或?yàn)?zāi)害問題。南昌軌道交通1號(hào)線一期工程有25個(gè)盾構(gòu)區(qū)間,淺析南昌軌道交通工程盾構(gòu)施工沉降原因及應(yīng)對(duì)措施對(duì)于南昌軌道交通工程建設(shè)質(zhì)量安全管理至關(guān)重要,盾構(gòu)區(qū)間隧道的貫通將直接影響全線通車目標(biāo)。
一 沉降概論
盾構(gòu)法具有不影響地面交通、對(duì)周圍建(構(gòu))筑物影響小、適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件、施工速度快等眾多優(yōu)點(diǎn)而在地鐵工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。但盾構(gòu)法隧道工程是在巖土體內(nèi)部進(jìn)行的,無(wú)論其埋深大小,開挖施工都不可避免地會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生擾動(dòng),從而引起地面沉降(或隆起),危機(jī)鄰近建筑物或地下管道等設(shè)施的安全。因此,施工能產(chǎn)生多大的沉降或隆起,會(huì)不會(huì)影響相鄰建筑物的安全,是地鐵隧道盾構(gòu)施工中最關(guān)鍵的問題。
二 沉降機(jī)理
盾構(gòu)隧道施工產(chǎn)生地面沉降的機(jī)理主要源于開挖面的應(yīng)力釋放、附加應(yīng)力等引起地層產(chǎn)生的彈塑性變形,地面沉降主要包括開挖卸載時(shí)開挖面周圍土體向隧道內(nèi)涌入所引起的地面沉降,支護(hù)結(jié)構(gòu)背后的空隙閉合所引起的地面沉降,管片襯砌結(jié)構(gòu)本身變形所引起的地面沉降以及隧道結(jié)構(gòu)因整體下沉所引起的地面沉降,可稱為開挖地面沉降,盾構(gòu)施工引起的地層損失和隧道周圍受擾動(dòng)或剪切破壞引起的土體再固結(jié),是造成盾構(gòu)法隧道工程性地面沉降的根本原因。
三 沉降影響因素
地層沉降大小的影響因素有內(nèi)因和外因之分,但歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)。
1、 地質(zhì)條件的影響
實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究均表明,隧道埋深對(duì)地表沉降的影響因地層情況各異。盾構(gòu)法施工地表沉降槽的寬度主要取決于最接近隧道拱頂?shù)耐恋奶匦浴?/p>
2、 土體性質(zhì)的影響
土體的非均質(zhì)性、各向異性、彈塑性和粘塑性使得盾構(gòu)隧道施工引起的地層沉降進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是十分困難的,正因?yàn)榇?說(shuō)明土體的性質(zhì)對(duì)地層沉降有著很大的影響。
3、覆土厚度和盾構(gòu)外徑的影響
盾構(gòu)外徑越大,由盾構(gòu)施工引起的單位長(zhǎng)度的地層損失就越大,在相同地面沉降槽寬度下,最大地面沉降也隨著增大;而隧道覆土厚度越大,則最大地面沉降值就會(huì)越小,但地面沉降槽寬度會(huì)越大。
4、地下水位變化的影響
盾構(gòu)隧道施工中往往要采取降低地下水位的措施,降水使地層產(chǎn)生固結(jié)沉降。此外,施工過程中地層中水位的變化,也會(huì)引起地層變形,導(dǎo)致地面沉降。
5、盾構(gòu)施工姿態(tài)調(diào)整的影響
盾構(gòu)施工過程中的糾偏、仰頭、叩頭和曲線推進(jìn)以及后退等姿態(tài)調(diào)整均會(huì)引起多余的地層損失,導(dǎo)致地層沉降。另外,盾構(gòu)推進(jìn)過程中,土壓艙壓力過大或壓力過小,也會(huì)引起地層變形。
6、注漿的影響
由于盾殼與管片之間會(huì)留有一定的空隙,工程中普遍采用同步注漿或二次注漿的方法來(lái)減小由盾尾空隙引起的地層損失。若壓漿不及時(shí),或因注漿量不足,或因注漿壓力不適當(dāng),將會(huì)使盾尾后部隧道周邊的土體失去平衡,向盾尾空隙塌陷,致使地層沉降。
7、管片變形的影響
土壓力作用下,隧道管片產(chǎn)生的變形也會(huì)引起少量的地層損失,導(dǎo)致地面沉降。
8、受擾動(dòng)土體變形的影響
盾構(gòu)隧道周圍土體受到盾構(gòu)施工的擾動(dòng)后,形成超孔隙水壓力區(qū),在盾構(gòu)離開后的地層中,因土體應(yīng)力釋放,隧道周圍的超孔隙水壓力下降,孔隙水排出,引起地層移動(dòng)和地面沉降。此外,盾構(gòu)推進(jìn)中的擠壓作用和盾尾壓漿作用等施工作用,也使周圍地層形成超孔隙水壓力區(qū),在盾構(gòu)隧道施工后的一段時(shí)間內(nèi)超孔隙水壓力消散,地層產(chǎn)生排水固結(jié)變形,引起地面沉降。
除上述因素外,還有一些如:隧道滲水、涌水、攜帶泥砂、坍方等其它因素,從而導(dǎo)致地表變形??傊?地鐵隧道施工引起的地面沉降是諸多因素的綜合作用結(jié)果,合理的設(shè)計(jì)與巧妙的施工是盾構(gòu)隧道控制地面沉降的關(guān)鍵。
四 沉降安全性判斷與控制
不同城市地鐵隧道工程的地質(zhì)條件、地面環(huán)境、隧道埋深、上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形的適應(yīng)能力和使用要求具有很大差異,地鐵隧道地面沉降的安全判斷,通常需要考慮地面建(構(gòu))筑物和地下管線的安全及地層穩(wěn)定等因素后綜合確定,目前國(guó)內(nèi)地鐵隧道地面沉降多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制在+10mm~-30mm以內(nèi),但實(shí)際工程中要按照不同地區(qū)、不同地質(zhì)和周邊環(huán)境區(qū)別對(duì)待,以確定科學(xué)、合理且經(jīng)濟(jì)的沉降安全性控制標(biāo)準(zhǔn)。
南昌地鐵盾構(gòu)施工穿越地層主要以中、粗砂、圓礫、礫砂層為主,部分標(biāo)段含有強(qiáng)風(fēng)化千枚巖和少量石英巖脈,靠近贛江邊的地段地下水普遍較豐富,且和贛江水系直接連通。基于南昌地質(zhì)特殊性(砂層盾構(gòu)施工地面沉降反映速率較快),南昌地鐵盾構(gòu)隧道施工若按照經(jīng)驗(yàn)控制在+10mm~-30mm以內(nèi)具有很難的操作性,尤其是地面沉降控制值。
五 沉降應(yīng)對(duì)措施
地面沉降控制的總原則是,采取各種措施保持隧道周圍巖土體穩(wěn)定,防止水土流失,進(jìn)而控制地面沉降。
1、針對(duì)不同區(qū)間段、工程不同施工階段的具體情況,結(jié)合地面沉降的規(guī)律,在盾構(gòu)始發(fā)和接收階段采取注漿、旋噴樁、攪拌樁加固和素混凝土墻等一系列措施,對(duì)盾構(gòu)隧道上覆和兩側(cè)地層進(jìn)行加固,有效預(yù)防和控制盾構(gòu)始發(fā)和接收時(shí)引起的地面變形與發(fā)展。
2、第一時(shí)間將各種施工參數(shù)上傳至綜合監(jiān)控平臺(tái),一旦監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有異常,綜合監(jiān)控系統(tǒng)將立即顯示報(bào)警信號(hào),相關(guān)人員將即刻按有關(guān)程序做相應(yīng)的應(yīng)急處理。相關(guān)參建單位成立現(xiàn)場(chǎng)巡查小組,負(fù)責(zé)每天的地面和主要施工參數(shù)的巡查和檢查工作,發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)提醒和督導(dǎo),重大質(zhì)量安全問題及時(shí)上報(bào)。
3、綜合考慮地表建(構(gòu))筑物、地下管線及地層和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等因素,分別確定其允許的地表沉降值,并取最小值作為控制基準(zhǔn)值,做好對(duì)盾構(gòu)穿越區(qū)重大地面建(構(gòu))筑物進(jìn)行統(tǒng)一的排查和鑒定工作。在具體施工過程中,設(shè)置預(yù)警值、報(bào)警值和極限值來(lái)進(jìn)行分級(jí)控制,一旦發(fā)生危險(xiǎn)情況,立即啟動(dòng)應(yīng)急救援程序,將事態(tài)控制在最小影響范圍之內(nèi)。
六 總結(jié)
城市地鐵隧道盾構(gòu)施工不可避免的會(huì)對(duì)周圍巖土體產(chǎn)生不同程度的擾動(dòng)或破壞,造成地層位移與變形,甚至誘發(fā)地面沉降、地下管線等建(構(gòu))筑物受損等環(huán)境影響或?yàn)?zāi)害問題。針對(duì)盾構(gòu)施工可能產(chǎn)生的地面沉降等環(huán)境影響或?yàn)?zāi)害問題制定相應(yīng)的控制方法和措施,尤其應(yīng)該針對(duì)城市地質(zhì)等實(shí)際工況,全面分析工程盾構(gòu)施工沉降原因,提出對(duì)軌道交通工程盾構(gòu)施工避免沉降的應(yīng)對(duì)措施尤為重要。
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