详情

原文传递青岛地铁富水砂层隧道开挖施工风险与变形规律研究

论文题名：	青岛地铁富水砂层隧道开挖施工风险与变形规律研究
关键词：	地铁隧道;富水砂层;隧道开挖施工;水平旋喷加固;流固耦合;地层变形监控
摘要：	城市地铁暗挖隧道工程在开挖过程中不可避免的会扰动地下岩土体,使其失去原有平衡状态,向新的平衡转化。在此过程中,围岩产生卸载临空面引发收敛变形。若遇到富水砂砾地层,开挖极易出现突发性涌水、涌砂,造成地面塌陷。为保证隧道施工过程中“无水”作业,通常采用降水或洞内超前预加固堵水等措施为地铁隧道工程提供良好的施工条件。但过量降水会导致隧道开挖前引起大范围的地表沉降,使施工环境造成更大破坏。同时洞内超前预加固堵水技术经常受地质条件不明确、施工技术不成熟等条件限制,隧道开挖无法正常进行。青岛地铁一期工程(3号线)暗挖隧道存在部分富水砂层,周边建筑物及地下管线的存在,要求必须有效控制地层变形,减小开挖风险。本文选青岛富水砂层中开挖地铁隧道施工开挖风险与地层变形规律开展工作,为青岛地铁隧道的安全施工提供实际指导。　　本文收集大量国内外隧道坍塌事件,对事件发生原因及坍塌机理进行分析。针对青岛地铁隧道自开工以来发生的6起事件,总结出青岛地铁隧道塌方类型、塌方机理、影响因素以及综合防治措施;针对青岛地铁富水砂层段,对非降水、降水条件下两种施工技术及开挖引起的地层变形规律进行分析。重点对水平旋喷超前预加固在保儿站～河西站区间隧道Ⅵ级围岩施工及优化过程进行研究;采用三维显示有限差分软件FLAC3D,分别模拟只采用水平旋喷桩加固及水平旋喷桩与降水相结合两种工法下地层变形规律。在降水条件下,考虑流固耦合效应,对渗流、变形,开挖及沉降进行模拟,系统分析降水及隧道开挖过程中地层沉降规律;对典型富水砂层段进行跟踪监测,选取典型断面洞内变形,地表沉降,周边建筑物沉降监测结果进行整理、分析研究,得到隧道开挖过程中位移随时间、空间变形规律。　　总结以上研究内容,主要结论如下: 　　(1)水平旋喷桩超前预加固止水,由于在钻进角度控制方面还不成熟,桩间咬合效果有待进一步提高,不能形成止水帷幕,但综合效果优越于超前管棚,能较好控制地面沉降及坍塌; 　　(2)数值模拟结果表明:非降水条件下采用水平旋喷桩加固,地表最大沉降为-12.95mm;降水与旋喷桩相结合条件下,地表最大沉降为-29.11mm;降水条件下,采用小导管预注浆超前加固施工,降水引起的沉降约-20mm,开挖完成地表沉降最大沉降量约为-38.13mm,模拟结果与现场监测结果基本相符。左右线隧道开挖对地表沉降的影响相互叠加,地表沉降槽有明显影响的宽度约为70m; 　　(3)典型断面的监测数据表明:采用水平旋喷桩与降水相结合施工,洞内变形在上台阶开挖过程中速率最大,封闭成环后变化速率减小。水平旋喷桩施工时注浆压力过大会造成地表沉降及建筑物沉降隆起,掌子面通过后,受地下水流失的影响,地表沉降和建筑物继续呈下降趋势,地表沉降累计变化最大为-37.99mm,建筑物沉降累计变化最大为-19.05mm。掌子面通过近11个月后变化才趋于稳定,说明隧道开挖引起地下水流失是导致地层沉降主要因素。降水条件下采用超前小导管注浆加固施工,降水引得的最大沉降约-15mm;超前注浆对地表有一定隆起,最大隆起约12mm;由于降水井只能将水位降至岩土分界面处,开挖过程中仍有部分裂隙水流出,监测结果表明由开挖失水引起沉降较大,封闭成环后,数据趋于稳定,开挖完成累计最大为-29.27mm。
作者：	苏秀婷
专业：	环境工程
导师：	单红仙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国海洋大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文