盾構擴挖地鐵車站地層與建筑物變形規(guī)律及控制研究.pdf

1、當今，在城市里面修建地鐵車站，由于周圍環(huán)境條件的限制，城市地鐵大多要在復雜條件下修建，高樓林立、管線密集，傳統(tǒng)的修建地鐵車站施工方法受到約束，在這種情況下結合國內工程實際，提出在盾構隧道基礎上進行擴挖的方法修建地鐵車站。這樣不僅可大幅縮短盾構的停機等待時間，確保施工期間的安全，也很好的解決了多年來城市地鐵盾構不具備設置接收井的復雜條件下如何修建地鐵車站、同時又提高地鐵盾構一次掘進效率的難題。
　　本文以廣州地鐵六號線東山口車站為工

2、程背景，采用理論分析、數(shù)值模擬、三維模型試驗以及現(xiàn)場監(jiān)測等研究手段，針對盾構擴挖施工對周邊地層和房屋的影響進行研究，論文主要從以下幾個方面進行展開，并得到相關結論:
　　1.盾構擴挖施工過程中，不同圍巖級別對地層和房屋的影響方面可以看出，在從圍巖和房屋安全角度出發(fā)，Ⅳ2級圍巖基本上處于臨界范圍，在高于Ⅳ2級圍巖的條件下，盾構擴挖施工對周邊影響基本上處于安全狀態(tài)，隨著圍巖級別的繼續(xù)降低，當?shù)陀冖?級時，地層沉降迅速增大，當圍巖處于Ⅴ

3、級圍巖時，地層整體變形量較大，基本上不適合進行盾構擴挖修建地鐵車站，在施工過程中，假如出現(xiàn)這種地層時，需要提前進行相關的超前預加固措施，提高洞周圍巖的強度，確保施工和周邊環(huán)境的安全。
　　2.房屋對地表沉降范圍和量值上的影響主要從房屋與盾構隧道和擴挖隧道不同距離、房屋不同重量和不同角度進行分析，在不同距離方面，總體上房屋每隔兩倍洞徑，地表無論是影響范圍即沉降槽寬度還是總體沉降方面的發(fā)展趨勢都會稍有不同，一般當房屋大于5倍洞徑距離時

4、，房屋對洞周地表沉降影響已經很小;對于影響寬度一定的房屋，房屋自重越大，房屋垂直于影響方向的寬度越短，對地表沉降的影響就越大，對于都不確定的情況，地表沉降的大小與房屋自重在基礎底面上形成的均布力呈正相關關系，房屋自重在基礎底面造成的均布力越大，則地表沉降量和沉降范圍即越大，反之亦然;房屋最大影響寬度為房屋基礎對角線的長度，此時房屋與隧道軸線的夾角為θ=90-arctanc/l。
　　3.盾構擴挖工序的完成中，不論是先開挖（左線）還

5、是后開挖（右線），其盾構部分所引起的沉降量約占總體沉降量的30％;隨著圍巖強度的降低，左線盾構開挖造成沉降占總沉降量的比例波動不大，基本穩(wěn)定在30％左右，而右線盾構開挖造成沉降占總沉降量的比例則隨著圍巖強度的降低而稍有增大。
　　4.總體來看，在盾構擴挖施工過程中，房屋的相對變形對房屋受力及安全系數(shù)的影響較大，房屋突增的相對變形由于房屋結構自身的調節(jié)滯后性必然會導致房屋局部應力的增長，這從右擴挖一半時房屋受力變化中明顯可以看出。所

6、以，可以認為房屋逐漸增大的相對變形對于房屋受力的影響相對較小，突增的局部相對變形對于房屋應力的影響較大。施工中應重點控制左、右線擴挖一半時的房屋局部相對沉降量。
　　5.盾構擴挖過程中房屋的應力從上到下逐漸增大，而且開挖引起的房屋應力變化主要集中于第一層;房屋90度方向墻體的安全系數(shù)在開挖階段一直較小，對于這種工況需要采用輔助工法施工并對房屋及其基礎進行提前加固，預防房屋的開裂破壞;45度角房屋需要重點預防右盾構開挖到聯(lián)絡通道開挖

7、階段的房屋開裂;房屋0度時需要重點控制左線擴挖和第二條聯(lián)絡通道的開挖階段。
　　6.房屋與隧道不同距離時，盾構和擴挖階段房屋的受力總體上都經歷了隨著距離的逐漸增大房屋的受力先逐漸增大然后逐漸減小，最后恢復到自重作用下的房屋自然受力狀態(tài)。盾構開挖時房屋的最大應力大約出現(xiàn)在沉降槽曲率最大處，即√(3)i處，此處房屋水平變形最大，房屋為受力最不利狀態(tài);
　　7.在工程實例部分，針對傳統(tǒng)的施工方法與盾構擴挖較為新型的施工方法，從施工

8、工期、經濟效益以及投資成本進行了較為全面的對比分析，分析表明，盾構擴挖法修建地鐵車站不僅能夠大大縮短施工工期，同時大大減少了工程的投資成本，提高了該項工程的經濟效益，對于今后類似工程起到了很好的參考和借鑒作用，值得大力提倡。
　　8.通過模型試驗和優(yōu)化計算，結合工程地質水文條件，提出了該工法下穿建筑物的最優(yōu)工序和地層加固方案，即在實施盾構擴挖之前打超長大管棚和袖閥管注漿加固雙重地層加固措施，并成功運用于實際工程。
　　9.根