复合地层地铁盾构隧道下穿建筑物沉降规律.doc

1、 专业知识分享版使命：加速中国职业化进程 联系电话：0755-86153458摘要:通过对复合地层地铁盾构隧道下穿多栋建筑物沉降的监测与分析，根据实际工程监测数据，分析了建筑物沉降的历时变化、地层条件、双线隧道、近接条件及建筑物基础形式等因素对建筑物沉降的影响，得到了建筑物沉降规律。关键词:复合地层，盾构，隧道，沉降0引言地铁盾构隧道邻近建( 构) 筑物施工时，对周围土体产生的扰动引起上部地层沉降和位移，过大的沉降和位移往往又会造成邻近建筑物倾斜甚至倒塌、地下管线的断裂等事故。当隧道处于上软下硬的岩土复合地层时，控制地表沉降、保证既有建( 构) 筑物安全问题更为突出。FORTH THORLEY

2、 对一直径为9 7 m 的双圆隧道旁穿 31 层高楼引起的地面沉降进行现场监测，发现地层向隧道方向发生的竖向位移导致桩侧摩阻力减小 1 。徐永福通过盾构施工的现场监测，分析认为盾构掘进引起的地表沉降的机理是土体应力状态的变化 2 。黄宏伟，张冬梅对各国盾构隧道施工监测数据进行分析、对比，指出盾构各阶段引起地表沉降具有较大的变异，主要取决于地层条件、盾构施工技术及周围环境 3 。徐永福，孙钧，傅德明等根据盾构掘进时的多项实测结果，分析了盾构掘进施工对周围土体的影响 4 。李大勇，王晖，武亚军对盾构掘进引起的建筑物沉降、地下管线位移以及地下水位的监测数据进行分析，得到了地表变形与土层压力、出渣量的

3、关系 5 。申景宇对盾构区间掘进影响范围内较有代表性的几座建筑物的沉降、倾斜特性等进行了分析 6 。由此可知，施工监测法是研究盾构施工对周围环境影响的最主要手段，应用最为广泛和有效。本文以深圳地铁 2 号线东延线工程香梅北站景田北站区间盾构隧道为背景，拟通过多栋建筑物沉降监测数据的分析，给出复合地层中盾构掘进引起的建筑沉降的规律，尤其是后行隧道引起的二次沉降规律。1工程概况深圳地铁 2 号线东延线工程香梅北站景田北站区间设计为左右线分离的单线盾构隧道( 右线长 1 012 713 m，左线长 1 013 644 m) ，区间隧道拱顶埋深为 10 m 22 m，左右线间距9 8 m 13 2 m

4、。两线各采用 1 台 6 280 土压平衡盾构机从香梅北站始发，向景田站掘进。隧道衬砌管片外径 6 m，厚 300 mm，环宽 1 5 m，采用错缝拼装。香景区间隧道处于冲洪积平原区与低丘交接地带，区间西低东高，地面高程 9 m 70 m，地形起伏较大。区间范围上覆地层主要为第四系全新统人工填筑土( ) 、冲洪积粘性土及砂层( ) 、残积粘性土层( ) ，下伏基岩为燕山期( ) 花岗岩及震旦系( ) 的花岗片麻岩。花岗岩与花岗片麻岩为侵入接触。区间隧道主要穿越地层为 -2砂( 砾) 质粘土、 -3砂( 砾) 质粘土、 -1全风化花岗岩、 2-1强风化花岗岩、 -1全风化花岗片麻岩、 2-1强风

5、化花岗片麻岩( 土柱状) 、 2-2强风化花岗片麻岩( 半岩半土状) 、 -3中等风化花岗片麻岩及 -4微风化花岗岩片麻岩。区间右线隧道 YCK21 + 997 YCK22 + 316 全长为 319 m 有3 段全断面硬岩段，左线 ZCK21 + 973 ZCK22 + 370 全长为 377 m 也有 3 段全断面硬岩段，每台盾构机不但要分 3 次穿越全断面的硬岩段，而且还要穿越有起伏的上软下硬过渡岩层，盾构掘进过程中容易造成超挖、偏转等问题。香梅北站景田站区间范围内地表水主要表现为新洲河河水，夏季水量丰沛，常年流水，水量随季节变化较大。地下水水位埋深 1 5 m 8 3 m，以空隙潜水为

6、主，局部地段微承压。2监测方案本区间高程基准网选取深圳地铁高程系统为基础建立，在远离地铁施工影响区稳固位置选择高程基专业知识分享版使命：加速中国职业化进程 联系电话：0755-86153458准点。根据具体建筑物分布，高程基准点、工作基点同监测点一起布设成独立的闭合环，或形成由附合路线构成的结点网。采用几何水准测量方法，使用 Trimble DINI12 电子水准仪观测，采用电子水准仪自带记录程序，记录外业观测数据文件。高程基准点选择、布设完成后，需至少经过 3 次复测，确认高程基准点处于稳定状态。按二等垂直位移监测网技术要求进行观测，往返较差及环线闭合差应在 0 3n mm( n 为测站数)

7、 以内，每站高差中误差在 0 15 mm 以内 7 。观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。观测完成后形成原始电子观测文件，通过数据传输处理软件传输至计算机，检查合格后使用专用水准网平差软件进行严密平差，得出各点高程值。通过变形监测点各期高程值计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。3建筑物沉降规律分析本区建下穿景蜜村 5 栋建筑物和红蜻蜓幼儿园，选取景蜜村9 号楼和红蜻蜓幼儿园监测数据分析建筑物沉降变化规律。3 1建筑物沉降历时变化规律分析盾构左线于2010 年6 月30 日 7 月4 日侧穿9 号楼，盾构右线于 20

8、10 年 7 月 22 日 7 月 29 日下穿 9 号楼，测点布置见图 1，沉降历时变化如图 2 所示。由图 2 可以看出，建筑物沉降有 3 个明显的历时变化阶段，可看出盾构右线隧道下穿过程中，建筑物受到较大二次扰动，又产生了较大沉降。盾构左线于 2010 年 7 月 7 日 7 月 13 日下穿红蜻蜓幼儿园，盾构右线于 2010 年 8 月 专业知识分享版使命：加速中国职业化进程 联系电话：0755-861534587 日 8 月 12 日下穿红蜻蜓幼儿园，测点布置见图 3，沉降历时变化如图 4 所示。由图 4 可以看出，建筑物沉降有 3 个明显的历时变化阶段，可看出盾构右线隧道下穿过程中

9、，建筑物受到较大二次扰动，又产生了较大沉降。由各测点沉降历时变化曲线得如下结论: 1) 随着盾构的掘进过程，各测点沉降时程曲线轮廓基本一致。盾构到达前 5 m 10 m 地层有轻微的隆起( 5 mm) ，盾构通过时沉降量明显增加，盾构通过后沉降量逐渐稳定或有小量回升，主要是由于壁后注浆和二次注浆引起的。硬岩段的后期固结沉降量很小。2) 建筑物各测点中沉降值最大的点位于线路上方，随着与线路中线间距的增加，测点的沉降量也相应减小。3) 当右线盾构通过建筑物时左线各测点受二次扰动的影响，沉降值均有所增加，占最终沉降的45% 66% 。3 2不同因素对建筑物沉降的影响地层条件、隧道埋深、近接条件及建筑

10、物基础形式等因素都对建筑物的变形有影响，区间沿线建筑物最大变形量与各因素描述见表 1。由表 1 分析可知 : 1) 建筑物均为框架结构，但其基础形式分为浅基础和桩基两种，桩基础建筑物倾斜值比浅基础建筑物大。这主要是由于桩基底距隧道顶竖向距离较小，受盾构施工扰动程度大，且受扰动后桩基对不均匀沉降较敏感。所以盾构隧道近距离临近桩基施工时，要采取注浆加固等必要的措施，以保证建筑物的安全。2) 区间隧道埋深均在 17 m 20 m，但盾构穿越的地层条件较复杂，对建筑物的变形影响较大。景蜜村 9 号楼沉降量最大为 44 3 mm，这主要是由于 9 号楼处隧道断面内以21 2-1强风化花岗片麻岩为主。说明

11、地质条件在众多因素中对建筑物的影响最显著，盾构在硬岩中掘进对临近建筑物影响很小，这一点与地面沉降规律相同。专业知识分享版使命：加速中国职业化进程 联系电话：0755-861534583 3双线盾构对建筑物变形的影响双线隧道的施工对临近建筑物产生二次扰动的影响，区间内左右线分别通过后建筑物的变形情况见表 2。由表 2 分析可知，隧道两线与建筑物平面位置关系决定其对建筑物二次扰动的程度，正下方穿越比侧穿对建筑物的影响要大。9 号楼和红蜻蜓幼儿园数据显示，均匀地层中两线均下穿建筑物时，二次扰动明显加大了建筑物的沉降值，但对倾斜的影响很小，甚至有所缓减。4结语1) 地铁区间双线隧道下穿建筑物施工引起的建筑物沉降有 3 个明显的历时变化阶段，后行盾构隧道下穿过程中，邻近建筑物受到较大二次扰动，又产生了较大沉降。2) 桩基底距隧道顶竖向距离较小，受盾构施工扰动程度大，且受扰动后桩基对不均匀沉降较敏感，桩基础建筑物倾斜值比浅基础建筑物大。3) 盾构埋深一定的情况下，盾构穿越的地层条件对建筑物的变形影响较大，穿越硬岩时引起的建筑物沉降小，穿越软岩时引起的建筑物沉降大。4) 隧道两线与建筑物平面位置关系决定其对建筑物二次扰动的程度，正下方穿越比侧穿对建筑物的影响要大。