地面沉降控制

地面沉降控制（精选11篇）

地面沉降控制 篇1

盾构法施工隧道在国外已有180余年的历史, 19世纪末、20世纪初, 欧洲大陆便开始广泛采用了盾构法隧道施工技术, 我国在第一个五年计划期间在东北阜新煤矿用直径2.6 m的盾构进行了疏水巷道的施工[1]。

盾构法施工隧道在天津地铁一号线建设中首次应用, 尽管积累了一些地面沉降控制和环境保护的经验。但是在市区繁华地段进行盾构施工, 掘进中对周边施工影响范围内的建 (构) 筑物、地下管线、地面道路、桩基础等各种设施的沉降控制及环境保护还是有着较大难度。

1 工程地质概况

根据勘察结果, 本区段隧道洞身主要位于第一陆相层 (4) 及第一海相层 (5) 中, 其中CK6+820~CK7+440区段洞身主要位于 (5) 2、 (5) 3、 (5) 4中, 基底位于 (5) 3、 (5) 4地层, 下卧层为 (5) 5软弱下卧层。在C K 7+4 4 0~CK7+600区段, 洞身主要位于 (4) 、 (5) 2及 (5) 3中, 基底位于 (5) 2、 (5) 3、 (5) 4层中。 (4) 5及 (5) 2、 (5) 4为弱透水层。该区段4.0~15.0 m以上地层多呈流塑~软塑状态, 粉质粘土及粉土属于中~高压缩性土, 围岩稳定性差, 结构松散, 基底稳定性差, 洞身易发生过大变形。盾构主要穿越地层为粉质粘土、粉土。线路的其他参数见表1。

2 盾构施工地面沉降监测的内容

2.1 沉降监测的内容

其中土体变形、土压力、土体沉降、地表沉降及空隙水压力, 盾构开挖面土压、出土量、注浆量及推力, 盾构姿态, 建筑物沉降、裂缝、倾斜, 隧道衬砌土压力、变形及应力等方面都是盾构施工监测的内容。其中土体沉降、土体水平位移和地表沉降是盾构施工地面监测内容[2、3]。

2.2 本工程主要的监测内容

其中建筑物沉降、裂缝、倾斜、地表沉降和盾构姿态等方面都是该工程进行监测的。

3 盾构施工地面沉降监测方法

3.1 盾构施工地面沉降监测方法

盾构法隧道施工过程中顶面沉降监测是最主要的检测项目, 其中监测技术方法包含以下几种[4、5]:液体静力水准测量方法、分层沉降仪测定法、几何水准测量方法和侧斜仪测定方法。

检测基准传感器点的布设原则:布设位置要求距最近盾构掘进轴线垂直距离大于25 m, 采用防日照和干扰的措施, 其位置稳定可靠。监测传感器的布设原则:布设要求建在建筑物较敏感位置, 施工扰动最大危害位置, 横向沉降槽2/3径向区间。

4 沉降监测数据处理方法的选取研究

4.1 沉降监测数据处理方法

监测数据的处理方法可分为统计学方法和确定性方法两大类。实际使用过程中常用的监测数据处理方法有以下两点。

(1) 散点图法。 (2) 一元线性回归分析法。

4.2 本工程选用的沉降监测数据处理方法

针对本工程监测数据的实际规律, 采用散点图法、回归分析、曲线拟合等方法进行监测数据的分析处理。这里以左线L124环轴线点为例。

左线L124环轴线点沉降拟合曲线图如图1。

5 地面沉降规律分析及结论

5.1 盾构法施工引起地表沉降的一般规律

(1) 地表沉降随开挖面掘进的纵向变化规律。

盾构施工引起的地表纵向变形一般规律主要包括5个阶段: (1) 先期沉降; (2) 开挖面前部沉降; (3) 通过时得沉降; (4) 盾尾间隙沉降; (5) 后续沉降。

(2) 沉降历程规律。

经分析比较, 采用指数曲线函数来模拟隧道中线地表沉降的历时关系, 即土压平衡盾构隧道中地表沉降随时间的变化可以由下式表示:

式中:S (x) (mm) 为隧道中线上最大的地表沉降;A、B x0、S0分别为回归参数, 随不同地层、不同隧道而不同;x (m) 为与开挖面的距离;x0 (m) 、S0 (mm) 分别为拐点处的坐标。

(3) 地表沉降的横向沉降变形规律和横向沉降槽的影响。

Peck对大量隧道施工引起的地面沉降实测数据进行了分析, 并认为隧道开挖后引起的地面沉降是在不排水条件下发生的, 沉降槽体积等于地层损失的体积, 地面沉降的横向分布可用正态分布曲线来描述:

式中:S (x) 为距离隧道中心线处的地表沉降, m;Sm ax为隧道中心线处最大地面沉降, m;x为距隧道中心线的距离, m;i为沉降槽半宽度, m;Vs为盾构隧道单位长度地层损失, m3/m。

Peck公式有Vs (地层损失) 和i (沉降槽半宽度) 2个参数。合理确定这2个参数对于正确预测地面沉降的量值和分布情况起着至关重要的作用。地层损失通常表示为:

式中:Vl为地层体积损失率, 即单位长度地层损失占单位长度盾构体积的百分比;rO为盾构机外径, m。

(1) 地表沉降的横向沉降变形规律。

本次运用Peck公式对工程右线隧道R48环至R434环沉降断面的沉降量数据进行统计分析。然后绘制右线隧道R 4 8环至R434环断面沉降散点图及沉降曲线拟合图, 得出对于本工程及天津地区参数Vl的取值范围需由0.5%~2.0%改为1.0%~1.5%, 参数k的取值范围需由0.4~0.6改为0.5~0.6。

(2) 地表沉降的纵向沉降变形规律。

运用指数曲线函数对左线隧道L124环轴线沉降点的纵向历程沉降量数据进行列表统计, 及绘制纵向历程沉降量散点图及沉降曲线拟合图 (图2) 得出了适应本工程及天津地质条件和盾构隧道施工工艺的A、B、S0和x0这4个参数的具体取值范围。

6 结论

天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门区间为例, 系统的分析了盾构施工地面沉降控制管理, 在横向沉降规律上对peck公式的两个重要参数v和k进行了修正 (v从0.5%~2.0%改为1.0%~1.5%, k有0.4~0.6改为0.5~0.6) , 确定了纵向沉降指数曲线函数的参数范围 (A-15~-20 mm, B0.03~0.09, S0-3 mm~7 mm, x0~5 m) , 这些丰富盾构法施工地面沉降控制技术研究。

摘要：本文分别从盾构施工地面沉降监测的内容、监测方法、沉降监测数据处理方法以及沉降规律研究几个方面探讨了盾构法施工隧道工程地面沉降控制技术, 并以天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门区间为例, 分别从以上几个方面进行了研究, 在横向沉降规律上对peck公式的两个重要参数v和k进行了修正 (v从0.5%2.0%改为1.0%1.5%, k有0.40.6改为0.50.6) , 确定了纵向沉降指数曲线函数的参数范围 (A-15-20 mm, B0.030.09, S0-37 mm, x005 m) , 这些丰富盾构法施工地面沉降控制技术研究。

关键词：盾构施工,地面沉降控制管理

参考文献

[1]赵运臣.城市地下工程施工引起的地表沉降规律研究及数据库开发[D].同济大学硕士论文, 2007:88-107.

[2]李东海, 刘军, 刘继尧, 等.盾构隧道施工引起的地表沉降因素分析[J].市政技术, 2008, 26 (2) :131-171.

[3]魏纲.盾构法隧道施工引起的土体变形预测[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28 (2) :418-424.

[4]韩学诠.盾构施工地面沉降控制[J].铁道建筑技术, 2009 (6) :55-59.

[5]Yukinori Koyama.Present status and technology of shield tunneling method in Japan[J].Tunneling and Underground Space Technology, 2003 (18) :145-159.

地面沉降控制 篇2

1 GPS 网的布设应视目的、要求精度、卫星状况、接收机类型和数量、测区已有的资料、测区地形和交通状况以及作业效率综合考虑，按照优化设计原则进行，

2 B 级GPS 网应布设成连续网，除边缘点外，每点的连接点数应不少于三点。优于B级GPS 网的布设可为多边形或复合路线。

3 各级GPS 网中，最简独立闭合环或复合路线的边数应小于等于6。

4 B级GPS网相邻点间平均距离等于70km, 优于B级网的相邻点间平均距离应根据实际情况适当缩短。相邻点最小距离可为平均距离的1/3～1/2;最大距离可为平均距离的2～3 倍。

5 B 级GPS 网点应与GPS 永久性跟踪站联测。其联测的站数不得少于2 站。

6 B 级GPS 网，应尽量与周围的GPS 地壳形变监测网、基本验潮站联测。

7 B级GPS 网点宜与参加过全国天文大地网整体平差的三角点、导线点和一、二等水准点并置或重合。

8 新布设的GPS 网应与附近已有的国家高等级GPS点进行联测。联测点数不得少于2 点。

9 B级GPS 网，在高程剧烈变化的地区，其点间距离不宜超过100km;在地壳断裂带或地震频发地区，其点间距离应适当缩短，

10 为确定GPS 点在某一参考坐标系中的坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测。联测的总点数不得少于3 个。

11 为求得GPS 网点的正常高程，应根据需要适当进行高程联测。B 级网至少每隔2～3 点，优于B 级网的测量可依具体情况适当增加联测高程的点数，一般每隔3～6 点联测一个高程点。

12 B 级GPS 点的高程联测，应按GB 12898 国家三等水准或与其精度相当的方法进行;

优于B 级GPS 点的按GB 12898 国家四等水准或与其精度相当的方法进行高程联测。

13 GPS 快速静态定位网的布设，除满足上述规定外，还应满足下列要求：

a)相邻点的距离大于20km 时，应采用GPS 静态定位法施测;

b)当网中相邻点间距离小于该级别所要求的相邻点间最小距离时，两相邻点必须直接进行同步观测;

c)对于双参考站作业方式，不同观测单元的基准基线宜相互联结，以构成整个网的骨架;

14 技术设计应上交的资料

a)野外踏勘技术总结;

地面沉降就在身边 篇3

4月1日下午，位于北京市西城区车公庄大街物华大厦附近人行道上的一块路面突然塌陷，路过此处的杨女士不幸落入其中，瞬间破裂的热水管道将其全身99%皮肤面积烫伤。

而此类地面突然塌陷情况近两年来也屡见不鲜。2011年4月和8月，北京市大红门石榴园地区和西直门地区都曾被曝出过道路塌陷事件，广西柳州市柳南区更是在今年5月10日发生了一起大规模地面塌陷灾害，受灾面积达4万平方米，并导致部分楼房倒塌或下沉。

有关专家指出，地面塌陷属于地面沉降的极端情况，相对于偶有发生的地面塌陷，地面沉降却在全国大面积地区已经发生，同时地面沉降更有可能危及住房安全。

地面沉降多因地下水超采

据《北京平原区地面沉降现状及发展趋势分析》一文显示，北京地面沉降最早于1935年在西单到东单一带被发现，当时的沉降速率较低，直到1952年的17年间，最大累计沉降量仅为58毫米。

而截至2010年，北京市累计地面沉降量超过200毫米的面积已为2474.70平方公里，占到北京市平原面积的1/3。同时据北京市地勘局有关人员介绍：“从分布上来看，主要集中在南北两个大区，形成了五个沉降区。” 具体而言，五大沉降区主要包括昌平区东南的沙河至八仙庄、朝阳区的全部、顺义区的南部、通州区的西部及大兴区的南部。

那么为何北京市会有如此大面积的地面沉降区呢？根据北京市水利规划设计研究院的一项研究显示，地面沉降主要原因来自于地下水超采严重。1980-2005年北京平原地区地下水超采面积达5980平方公里，占平原区面积的86.7%，其中严重超采区面积达2288平方公里，一般超采区面积3692平方公里。

据有关资料显示，从分布区域上来看，严重超采区主要分布北京的中心城、海淀区、石景山、朝阳区西北部、昌平、顺义的西部和东部地区、大兴的中南部地区、通州北部、门头沟山前平原等地，这些区域平均总补给量8.4亿立方米，年均可开采量8.2亿立方米，年均超采1.78亿立方米。

由于地下水在北京供水结构中占2/3以上的比例，短期内不会发生太大变化，有关专家也表示，北京市地下水水位将持续下降，地面沉降区也会进一步扩大。

实际上，不仅北京如此，全国范围内，特别是北方地区已有多个城市因地下水开采过量引起了不同程度的地面沉降。据《2011年-2020年全国地面沉降防治规划》指出，目前全国遭受地面沉降灾害的城市超过50个，分布于北京、天津、河北、山西、内蒙古等20个省区市。

而根据今年3月国土部、水利部联合发布的《全国地面沉降防治规划(2011-2020年)》显示，国家对北京市提出的地面沉降控制目标为：2015年区域地面沉降率控制在每年25毫米以内，沉降中心沉降速率控制在每年45毫米以内。

无需恐慌地面沉降

包括朝阳、通州在内的地面沉降严重区域，也正是当前房地产活跃的地区。伴随着未来有可能持续发生的地面沉降，房地产行业又是如何应对？

一位在全国多地有过房地产开发经验的房企负责人告诉记者，地面沉降问题肯定是房地产开发必须考虑的问题，但是围绕着地面沉降的隐患，在实际动工之前已经有了一套相对完善的勘探与审批流程。

“在整个项目初期，施工方会让专业的团队进行地质勘探，并形成相应的勘探报告，内容包括该地块地质结构如何、打桩深度在什么范围之内、地基基础怎样做之类。”该房企负责人表示，勘探报告出来之后，将交给设计院，由设计院按照报告要求做出对应的完整设计方案。

事实上，就算开发商严格按照一系列勘探标准完成施工，地面沉降仍会发生，因为高层建筑本身就会引起地面沉降。上海地质学会秘书长刘守祺就曾对媒体表示：“根据目前的研究成果，发现高层建筑对地面沉降的影响达到四成，对地质环境的影响非常明显。”

而有关人士也表示，一旦发生严重的地面沉降，地面建筑也必将出现结构上的变形。根据建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)所规定的建筑物的地基变形允许值，体型简单的高层建筑基础的平均沉降量是200毫米。然而当前北京市一些区域地面沉降量已超过了这一数值。

不过，专家高度认为，按照目前全世界地质沉降情况来看，还未出现因沉降导致住宅出现大幅度破坏的情况。

“不必过分担心地面沉降的影响。”高策地产服务机构董事长兼总裁陶红兵向记者表示，按照建筑的使用年限，绝大多数建筑并不会单纯因为地面沉降而出现大的问题，“就算出现了问题，也可以及时维修，而维修的费用可以来自于‘维修基金’。”

地面沉降控制 篇4

1 地面沉降的产生和控制机理

根据相关资料分析, 在抽除地下水时, 地下承压含水层减压, 上、下土层的孔隙水压力相对上升, 形成指向含水层的水头梯度, 土层的孔隙水向含水层急剧排出, 引起土层压密。在土层释水过程中, 水体流动和渗透力使土结构变形或破坏。土层释水结果是土层重力场发生变化在沉降中心区, 土层出现挤压, 侧向移动在地面表现为地面沉降。通过地面沉降机理可知, 要想控制基坑降水开挖而引起地面沉降。可以采用抽除水的同时回灌水, 使控制基坑外围地下水基本保持不变, 保证土层结构、水压力在开挖前后一致。

2 回灌技术方法

2.1 回灌的基本方式

2.1.1 地面砂沟回灌

在建筑物离基坑较远且地层为均匀透水层的情况下, 则可采用砂沟回灌。在降水井与被保护建筑物之间设置一道砂沟, 将抽出的水适时、适量地排入砂沟, 进而回灌到地下, 维持建筑物所在地的原有地下水位, 使土颗粒所受有效应力不变, 土体处于平衡状态, 达到防止降水不良影响的效果。

2.1.2 地面井点回灌

在建筑物离基坑较近, 并且地层为弱透水层时, 应采用井点回灌方法。回灌井的埋设深度可根据透水层的深度确定, 回灌井井水位处于最高位置, 向井四周逐渐降低, 成锥体状向周围发散为径向流。在回灌保护区设立地下水位观测井, 连续记录地下水位的变化, 通过调节注水系统的压力使地下水位保。

2.2 回灌的主要方法

2.2.1 真空回灌法

具有密封装置的回灌井中开泵抽水时, 泵管和管路内充满地下水。停泵并立即全部关闭控制阀门和出水阀门时, 由于重力作用使泵管内的水体迅速向下降, 在泵管内的水面与控制阀门之间造成真空。由于大气对泵管外面井管内的地下水面有0.1MPa压力 (相当10m水柱高度) , 所以泵管内的水柱只能下降至静水位以上10m高度, 这样才能与井管内的静水位保持压力平衡。在这种真空状况下, 启开进水阀和控制阀, 因真空虹吸的作用, 水就能迅速进入泵管内, 破坏原有的压力平衡, 产生水头差, 在井的周围形成一个水力坡降, 回灌水就能克服阻力向含水层中渗透。真空回灌法适用于地下水位较深 (静水位埋深>10m) , 渗透性良好的含水层。

2.2.2 压力回灌法

将地表水源由机械动力加压 (离心泵或自来水管网压力) , 送入井内产生较大的水头压力, 以便与静水位之间产生较大的水头差, 在井周围形成水力坡降, 回灌水就能克服阻力渗入含水层这即称为压力回灌。压力回灌法有正压和加压回灌法之分, 正压回灌法是回灌水源为自来水, 是利用自来水的管网压力 (0.1—0.2MPa) 产生水头差进行回灌。加压回灌法是为了增加回灌量, 在正压回灌装置的基础上, 使用机械动力设备 (如离心泵) 加压, 产生更大的水头差实施回灌。压力回灌法不受地下水埋深和含水渗透性的限制, 适用范围很大, 特别是对地下水位较高和透水较差的含水层来说, 采用压力回灌的效果较好。

3 回灌系统的设计

某建筑大楼基础埋深为天然地面以下-3.400m~-4.500m。东、西、北三面分别为低层建筑物均在15m以外, 南侧有一栋10层高层建筑且离基坑的距离只有10m, 成为深基坑开挖降水时最主要的保护对象。为了保证高层建筑不受到降水的影响, 通过对回灌水量的调整控制基坑外围地下水位, 采用边降水边回灌的措施, 并设置防渗帷幕墙来减缓降水曲线对建筑物地下水位的影响。回灌井回灌水量的大小对回灌成功与否至关重要, 根据地下水保持不变的原则, 抽水量与回灌量相等, 利用基坑降水理论来反推回灌水量。

井点系统布置三套轻型井点, 沿基坑周边均匀布置。在基坑南侧与高层建筑之间布置一排回灌井点, 回灌井点与降水井点相距7m。回灌井作用机理示意如下图, 回灌数量按潜水井公式计算。

式中:Q———回灌水量;k———土的渗透系数, 取0.2m/d;R'———影响半径;x'———回灌井点计算半径;h'———要求回灌后达到的动水位;H'———不回灌时的静水位;H0———含水层厚度, 取7 m;t———降水天数, 取6;μ———给水度, 取0.06。通过计算R'=20.49m。

按照含水层为7m来计算, 回灌处预计降低水位约为3m, 则静止水位H'为3.5m, 要求回灌后保持原地下水位的高度, 即自然地面-1.5m, 则动水位高度h'=7m。回灌井点的直线长度约为32m, 作条形井点计算, 则计算半径r=L/4=32/4=8.0m。

如果要使地下水位升至自然地面以下1.0m, 则动水位高度h为7m。回灌量为:

回灌井点采用与降水井点相同构造的井管, 条形布置长度为38m, 回灌水源采用自来水, 在回灌井点系统中部设置一只架空的储水箱, 这样可以使回灌水具有一定的压力以利于灌入土层中。由于在设计降水的同时就设计了灌水措施, 在整个深基坑开挖过程中, 灌水区域的地下水位一直保持在原有水位1.5m左右。

4 回灌技术的施工工艺及要求

4.1 回灌技术成井工艺流程

钻机就位及校直→取心钻进→用偏心钻头在回灌层扩成鼓形→钻孔换浆→扫孔壁泥皮→下入井管和滤水管及补砂管→换浆→动水投砾料→送清水冲孔→投粘土球止水洗井→安装回灌装置→回灌。

4.2 回灌井点的施工要求

4.2.1 回灌井点位置的设置

应在降水井点与保护对象的中间, 并适当偏向后者, 以减少回灌井点的渗水对基坑壁的影响, 并保持良好的降水曲线。回灌井与抽水井之间应保持一定的距离。根据华东、华南地区许多工程经验, 当回灌井与抽水井的距离不小于6m时, 则可保证有良好的回灌效果。

4.2.2 井管都应设滤水管

在整个透水土层中, 井管都应设滤水管, 井管上部的滤水管应从常年地下水位以上0.500m处开始设置。回灌井宜进入稳定水面下1m, 且位于渗透性较好的土层中, 过滤器的长度应大于降水井过滤器的长度。回灌井的埋设深度应根据降水层的深度和降水曲面的深度而定, 以确定基坑施工安全和回灌效果。

4.2.3 回灌水量的控制

回灌水量应根据实际地下水位的变化及时调节, 不宜超过原水位标高, 回灌水箱高度可根据灌入水量配置。回灌水量不宜过大或过小, 在基坑附近设置一定数量的水位观测孔, 定时进行观测和分析。根据观测情况, 及时调整回灌井水的数量、压力等, 尽量保持抽、灌水平衡。

4.2.4 回灌井点的水应用清水

回灌井点的水应用清水。回灌砂井中的砂必须是纯净的中粗砂, 不均匀系数和含水量均应保证砂井有良好的透水性, 回灌砂井的灌砂量应取井孔体积的95%, 填料宜采用含泥量不大于3%、不均匀系数在3~5之间的纯净中粗砂, 使注入的水尽快向四周渗透。

4.2.5 回灌系统与井点降水系统应同步进行

当其中一方停止工作时, 另一方也应停止工作, 不得单方面停止工作。回灌井和降水井是一个完整的系统, 只有共同有效地工作, 才能保证地下水位处于某一动态平衡, 任一方失效都会破坏这种平衡, 要求回灌与降水在正常施工中必须同时启动、同时停止、同时恢复。

5 结语

建筑基础基坑开挖时, 采用降水来降低基底地下水位, 会在抽水影响半径范围内引起地面沉降, 给临近已有建筑物带来一定程度的危害, 可能导致临近建筑物不均匀沉降、倾斜、开裂、倒塌。为了保证临近建筑不受到降水的影响, 在抽水影响半径范围内建筑物的附近预先布设回灌井, 根据地下水保持不变的原则, 抽水量与回灌量相等, 利用基坑降水理论计算回灌水量。依据地下土的渗水性、地下水位的高低选择合理的真空或压力回灌方法, 采用边降水边回灌的措施, 并设置防渗帷幕墙来减缓降水曲线对建筑物地下水位的影响, 严格按照回灌技术的施工工艺及要求进行人工补给地下水, 即可有效控制基坑降水开挖地面沉降, 防止临近建筑物不均匀沉降。

参考文献

[1]王翠玲, 王飞.地下水人工回灌对地面下沉降控制的探讨[J].山西建筑, 2007.

第四章地面沉降防治措施 篇5

除战备、应急备用等特殊情形外，禁止在自来水管网到达区域开采地下水。自来水管网到达区域的具体范围，由市水务行政管理部门公布。

第十九条地面沉降防治年度工作计划中的地下水回灌方案，由市水务行政管理部门组织实施。

回灌井的地下水回灌作业由市水务行政管理部门委托运营单位按照分解的地下水回灌计划实施回灌。

采灌井的使用者应当按照采灌平衡原则，承担地下水回灌义务。市水务行政管理部门可以与采灌井的使用者协商约定超出回灌义务的地下水回灌量。采灌井的使用者停止开采地下水的，应当继续完成市水务行政管理部门下达的当年度回灌计划。

回灌井的回灌费用由市财政承担。采灌井的回灌费用中相当于取水量的部分，由采灌井的使用者承担;超出取水量的部分由市财政承担。

回灌井和采灌井回灌水的水质应当符合国家生活饮用水卫生标准。

第二十条采灌井的使用者将采灌井移交他人的，回灌义务一并转移，并报市水务行政管理部门备案。

已经纳入防治设施布设方案的采灌井停止开采地下水的，采灌井的使用者可以将采灌井移交市水务行政管理部门，作为回灌井使用;市水务行政管理部门应当给予相应补偿。

第二十一条市规划国土资源行政管理部门应当会同市建设交通行政管理部门，根据本市地质条件以及地面沉降的发育和危害程度，制定分区地面沉降控制要求。

市规划国土资源行政管理部门应当根据分区地面沉降控制要求，编制分区地面沉降危险性评估报告，并及时向社会发布。

第二十二条在地面沉降易发区内进行基坑开挖深度七米以上的建设工程(以下简称深基坑工程)，建设单位在可行性研究阶段进行地质灾害危险性评估时，应当将地面沉降危险性评估作为主要内容。

基坑开挖深度七米以上不足十五米的，建设单位在进行地质灾害危险性评估时，地面沉降危险性评估部分可以直接采用市规划国土资源行政管理部门发布的分区地面沉降危险性评估报告。基坑开挖深度十五米以上的，建设单位应当委托具备相应资质的评估单位，根据分区地面沉降控制要求，对地面沉降危险性进行评估。评估报告应当经专家评审通过，并由建设单位报市规划国土资源行政管理部门备案。

第二十三条地面沉降危险性评估报告应当包括以下内容：

(一)评估区范围和建设工程本体以及周边建筑物、构筑物遭受地面沉降危害的可能性;

(二)建设工程在建设中、建成后引发或者加剧地面沉降的可能性及可能影响的范围;

(三)地面沉降防治措施的建议。采用降排水法施工的深基坑工程，需要回灌的，应当提出采取回灌措施的建议;地面沉降重点防治区内经专家评审认为需要阻断降水目的含水层的，应当提出采取阻断降水目的含水层施工方法的建议。

建设单位编制的建设工程项目概算应当包括地面沉降危险性评估报告明确的监测、回灌和其他防治措施的费用。

第二十四条深基坑工程的设计方案与施工方案应当根据经备案的地面沉降危险性评估报告明确地面沉降监测和防治要求。地面沉降监测和防治要求主要包括深基坑工程的施工方法、地下水水位的监测区域、地下水水位控制要求、地面沉降控制要求以及防治措施等内容。深基坑工程的设计方案与施工方案应当经专家评审通过，并按照规定进行施工图设计文件审查。

地面沉降重点防治区内采用降排水法施工的深基坑工程，经专家评审认定需要采取阻断降水目的含水层施工方法的，建设单位应当保障费用。

第二十五条施工单位应当按照评审通过的深基坑工程设计方案与施工方案进行施工。

深基坑工程采用降排水法施工的，施工单位应当安装计量装置对排水量进行计量，并委托具有相应资质的监测单位监测地下水水位和地面沉降量。

地下水水位或者地面沉降量超出深基坑设计控制要求时，监测单位应当及时报告施工单位和监理单位，施工单位应当按照深基坑工程设计方案与施工方案中的监测和防治方案采取回灌等防治措施。当发生地面沉降重大险情时，施工单位和监理单位应当立即向建设交通行政管理部门报告。建设交通行政管理部门应当立即到现场进行处置。

第二十六条深基坑工程回灌水的水质应当符合国家生活饮用水卫生标准或者与降排水同质。

深基坑工程施工结束后，施工单位应当按照规定，进行封井作业。封井应当经监理单位验收合格。

第二十七条深基坑工程施工结束后，建设单位应当将地面沉降影响监测资料汇交至市规划国土资源行政管理部门。

第二十八条市规划国土资源行政管理部门应当设立重大市政工程设施地面沉降预警标准，与运营单位共同建立地面沉降监测与安全预警机制，提高安全运营保障能力。

地面沉降控制 篇6

关键词：道路工程；地面沉降

本文受到国家自然科学基金青年项目——硅酸盐熔体与地幔岩石反应的微量元素实验研究（批准号41502057）和宿州区域发展协同创新中心全国开放课题重点项目——祁东煤矿水文地球化学模拟研究（2014SZXTKF02ZD）联合资助。

1. 工程概况

佛山市某物流中心道路工程属旧路改造工程，现状路面宽约28m，改造后路基宽度40m，公路总长约2.91km，全路段共需接长旧涵洞14道。据野外地质灾害调查结果，拟建工程可能引发或可能遭受的主要地质灾害为地面沉降，主要表现为路面产生裂缝、房屋产生裂缝破坏等。

2. 工程地质简况

根据勘察报告结合野外调查，工程沿线土层主要由第四系人工填土（Qml）、第四系海陆交互相沉积层（Qmc）和第四系残积层（Qel）组成，下伏基岩为古近系宝月组基岩（E2by）。人工填土层以素填土为主，第四系主要由粉质粘土、淤泥质土、粉砂、粘土、残积土等组成，与下伏基岩呈不整合接触，基岩主要为粉砂质泥岩。

3. 地面沉降分析

产生地面沉降的主要因素有：（1）工程沿线软土层较发育，分布厚度不均；（2）原地面高程与工程设计标高之间的差值决定着人工填筑土的体积和重量，直接影响着地面沉降量；（3）工程各部分不同的基础类型，对地面沉降的影响存在着一定的差异。

地面沉降量主要包括人工填筑土的自重固结和软土层的压缩变形两部分，分析如下：

3.1 人工填筑土的自重固结

研究场地属三角洲平原区，工程沿线地面高程变化较大，局部鱼塘发育，场地在开挖平整过程中，必然有一定厚度的填土，受沿线地形地物和区域内规划高程的影响，填土高度多有变化。一般新近填土，未进行工程压密处理，会产生较大的自重压密固结，在未完成自重固结之前，结构松散，其沉降量一般较高，承载力低，不能作为基础持力层。此外，填土厚度、密实度不均匀，导致路基不均沉降，易产生差异沉降。

3.2 软土层的压缩变形

研究场地内软土层主要为淤泥质土。土层呈深灰色，饱和，流塑，含腐殖质、腐叶等，具有天然含水率高，孔隙率大，高压缩性，工程性质差，在荷载作用下易产生沉陷和剪切变形，对公路路基的稳定性影响较大。淤泥质土的压缩变形主要与软土的厚度、埋深、工程类型及其荷载大小有关，地面沉降地质灾害的危险性与软土分布、灾害发育程度和危害对象有关。

4. 地面沉降计算

因此，结合工程沿线软土厚度和设计填方量，选取若干个钻孔，分别计算沉降量。按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中应力面积法计算路基沉降量，公式为

s=ψs s′=ψs （ziαi-zi-1αi-1）

由于为旧路改造，设计标高与现状地面标高基本一致，取动荷载值作为附加荷载，其中动荷载取值于公路工程技术标准。本文选取钻孔ZK19展示计算过程及简图，详见表1及图1。

5. 地面沉降区地质灾害危险性程度预测

按《广东省地质灾害危险性评估实施细则》中的区域面积性及线状工程的标准来划定地质灾害危险性程度（见表2）。根据路基所处地区的工程地质条件，参考地面沉降量大小确定地基不均匀沉降的危险程度和危险性等级，将沉降量s<300mm划分为沉降量小区，300mm≤s≤800mm划分为沉降量中等区，s>800mm划分为沉降量大区。

6. 防治措施

6.1 本线路中北部软土较发育，埋藏较浅，厚度较大，地表水系较发育，其防治可采用CFG+砂垫层结合袋装砂井堆载预压方法或水泥搅拌桩等方法进行加固处理，提高地基承载力。袋装砂井法属排水固结法中施工速度快、效率高，结合堆载预压，可改善饱和软土的排水条件，使其加速固结，达到提高强度、减少工后沉降的要求。

6.2 对于无软土分布地段，对上部填土进行压实处理，或换填透水性较好的砂类土进行处理。

6.3 对于涵洞工程，宜采用钻、冲孔桩基础，以稳定基岩做基础持力层，对于涵洞处，应和路基同时处理，采用搅拌桩、袋装砂井堆载预压法结合CFG桩等进行处理，防止出现不均沉降而形成桥头跳车现象。

6.4建议在工程施工和完工后设置一定数量的监测点，对新建路基和附近道路进行沉降监测，掌握其沉降规律。

参考文献：

[1] 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版本）.

[2] 《工程地质手册》（第四版）.

地面沉降控制 篇7

为保证基坑开挖处于非饱和状态, 提高基坑边坡的稳定性, 基坑工程中常采用降水方法将坑内地下水位降低至开挖面以下。但随着地下水位的降低, 地层初始水位以下土体有效自重应力增加, 土体固结产生地面沉降, 造成降水影响范围内建 (构) 筑物产生不均匀沉降、开裂、倾斜, 严重时可能影响其正常使用甚至坍塌[1,2]。

为减小基坑降水对周围环境的影响, 通常设置止水帷幕, 将降水影响范围最大程度限制在基坑施工作业范围附近。然而, 止水帷幕却具有造价高、施工难度大、易产生裂缝而渗漏等缺点[3]。而回灌法借助工程措施, 将抽出的地下水重新引入含水层, 补给地下水, 从而抬高局部因基坑降水而降低的地下水位, 减小因地下水位降低而产生的地面沉降, 且回灌法较经济、简便、针对性强。基于此, 许多学者据回灌法多年工程实践, 定性分析了其优缺点[4,5], 并有一些学者通过数学解析法或数值法做了一些定量上的研究[6~8], 在相当程度上揭示了回灌法控制地面沉降的一般规律, 但仍有一些方面需要进一步探讨。

本文以某工程作为实例, 根据场地具体的地质条件, 建立了水-土耦合地面沉降模型, 应用数值模拟方法并结合解析解法, 模拟了距基坑边不同距离处回灌之后, 基坑及其周围一定范围地下水位和地面沉降变化情况。并对不同回灌井布置方案的处理效果进行了对比分析, 取得了比较满意的结果。

1 基本原理

1.1 回灌法基本原理

1.1.1 回灌法工作原理

回灌法的工作原理是在井点降水的同时, 将抽出的地下水通过回灌井重新灌入含水层中, 回灌水向井点周围渗透, 形成一个和降水曲线相反的倒降落漏斗, 使降落漏斗的影响半径不超过回灌井所在位置。这样, 回灌井点就形成一道隔水帷幕, 阻止回灌井点外侧建筑物下方地下水的流失, 并使回灌井外地下水位基本保持不变, 含水层应力状态基本维持原状, 有效地防止基坑降水对周围建筑物的影响[9]。工作原理如图1。

回灌法一般只能适用于渗透性较好的一类介质, 如填土、粉土、砂土、碎石土等。目前在工程中大量使用的是井点灌注法。该法由回灌井点与回灌总管、回灌支管、流量计、水箱、水源组成回灌系统, 补给水源 (主要是抽出的地下水) 从水箱先后经回灌总管、流量计、回灌支管进人回灌井点管, 补给地下水。回灌系统的设计内容主要包括:回灌井点的井位、井深和回灌水量。

1.1.2 回灌井点设计

回灌井间距通常为2.0~3.0m。在实际工作中, 可以先根据相关工程实践, 采用类比法初步设置井点间距之后可基于观测资料进行数值分析、再作适当调整, 可获得较为合理的回灌井布置方案。

回灌井的深度应据井点降水水位曲线和介质渗透性来确定, 通常可控制在最终降水水位曲线1.0~2.0m以下。具体步骤:先得出井点抽水后 (未回灌) 基坑周围的大致水位降深曲线, 然后获得各保护对象在降水后的地下水位标高, 由此确定回灌井滤管顶标高, 要求在降水水位曲线下至少1.0m。回灌井滤管长度应大于抽水井滤管的长度, 通常为2.0~2.5m。

计算回灌量之前, 应确定回灌井点的水位曲线方程。将每根井点管作为一口井, 为简便起见, 近似按潜水完整井考虑, 采用圆形补给边界条件。由地下水动力学中抽水井群的水位曲线方程可推得灌水井群的水位曲线方程为[10]:

式 (1) 中:z为计算点的水位 (m) ;H0为灌 (抽) 水影响半径以外的地下水位 (m) ;“±”中取“+”时为灌水, 取“-”时为抽水;Q为井群单位时间总灌 (抽) 水量 (m3/s) ;k为地基土渗透系数 (m/s) ;R为井群灌 (抽) 水影响半径 (m) ;ri为计算点到第i个井距离 (m) ;n为群井个数。

1.1.3 回灌水量设计 (步骤1)

据降水水位曲线, 在保护对象中选出水位最高点和最低点 (假设降水后水位分别为:z'1和z'2) 。假设此两点在回灌群井作用下的水位分别为:z1和z2 (尚未与降水后的地下水位迭加) , 回灌井滤管顶水位为:z3。并把z1、z2、z3分别代入式 (1) 中灌水井群的水位曲线方程。

根据回灌技术要求, 水位最高点与最低点在回灌后地下水位相同 (以保证保护对象在回灌后地下水位基本保持不变) 的原则, 可得:

回灌井点的灌水影响半径R可按库萨金公式[11]计算, 即

联立方程组 (1) ~ (3) 可求得到回灌水量Q。

1.1.4 水位验算 (步骤2)

根据步骤1计算结果, 计算回灌水对降水井位置处所引起的水位上升h (h=z-H0) 。若h≠0 (即保证基坑设计水位降深) , 则调整回灌井点的深度和间距等参数, 并重复步骤1、2, 直至满足设计水位要求。

1.2 数学模型原理

承压含水层三维非稳定渗流数学方程[11]为:

式 (4) 中, kxx, kyy, kzz分别为沿x, y, z坐标轴方向的渗透系数 (LT-1) ;h为点 (x, y, z) 在t时刻水头值 (L) ;W为源汇项 (T-1) , 主要为降水井的抽水量;SS为点 (x, y, z) 处的储水率 (L-1) ;Γ1为模拟区域第一类边界;Ω为渗流计算域。

含水层沉降量的沉降模型方程为:

式 (5) 中, Δb:A厚度含水层在Δt时间内的压缩量;Sst':含水层骨架部分 (非) 弹性储水率。

将qi添加到方程 (4) 的右端, 再加上相应的初始条件和边界条件, 及求解压缩量的方程 (5) , 构成了求解地面沉降的三维水-土耦合模型。

2 工程应用

2.1 工程概况

基坑 (如图2) 场地东、南、北面为拟建工程空地, 西面为居民平房住宅, 距离基坑边仅为16.8m, 由于该住宅年代已久, 对地面沉降十分敏感, 要求工程施工时严格控制住宅区域内地面沉降。工程采用大基坑开挖形式施工, 开挖尺寸100m×65m, 开挖深度6.9m, 起始地下稳定水位埋深为0.8m, 设计基坑中心地下水位需降至基坑底板以下0.5m, 设计水位降深为6.6m。基坑降水影响半径为500m, 含水层累计厚度44.7m。含水层至上而下分别为杂填土、粉质粘土、砂质粉土、细沙, 细沙下伏为相对隔水层。各含水层水文地质参数参见表1。

降水前, 基坑四周已施工布设了一道359.40m的环形支护板墙, 板墙埋深12.0m, 这对上部的中细砂含水层起到了有效的隔挡作用。沿板墙外边界等间距布置20眼降水井, 本次设计降水井为水泥滤管井, 成孔直径为600mm, 成井直径为400mm。在基坑西边断面1-1位置, 距坑边分别为30m、60m、90m、120m及O点和基坑边线处分别布设沉降观测点CJ1、CJ2、CJ3、CJ4、CJ5和CJ6。

2.2 模型的有效性验证

以基坑为中心, 东西、南北各扩展至500m作为本次模拟计算区域, 共计500m×500m, 四周均按定水头边界处理。据基坑场地水文地质条件特征, 将计算区垂直方向自上而下剖分成5层。在模型研究区域范围内, 采用等间距有限差分离散法进行自动剖分, 网格大小为5m×5m, 对涉及深基坑周边区域网格进行加密, 加密区网格大小1m×1m, 加密后共3576个单元格。采用Processing Modflow软件, 对本文所建模型进行降水沉降数值模拟。

将底面边界概化成隔水边界, 上边界处作为开放边界, 侧向边界概化为定水头边界, 即侧向边界为基坑排水的影响边界。模型范围计算厚度取44.7m, 降水井底部深入下部隔水层, 井深为25m。仅考虑抽水作用的影响, 采用Processing Modflow中的井流 (Well) 模块进行计算处理。各抽水井的抽水量按实际抽水量赋值, 单井抽水量在30~45m3/h之间, 含水层的相关参数见表1, 采用强隐式共轭梯度法进行求解。

降水45d达到设计水位降深后, 得到基坑及其周围一定范围内地表沉降等值线图 (图3) , 并取图2断面1-1位置此时地表沉降实测、模拟值数据绘制沉降对比图 (图4) , 表明模拟值与实测值拟合关系较好。可见, 通过Processing Modflow软件数值求解所建模型是有效的。

2.3 回灌效果数值模拟

由图4可知, A平房住宅O点 (距西面基坑边16.87m) 的不均匀沉降实测值和模拟值分别为3.33cm和3.10cm, 且实际监测发现住宅外墙有3条较明显的裂缝, 并且沿墙底有很多短而细小的裂缝, 无法满足建筑对沉降的要求。因基坑其它三面均为空地, 采用止水帷幕造价太大, 且西面住宅距基坑边较近, 无法取得较好效果, 为保证基坑施工期间住宅不产生过大不均匀沉降, 采用回灌法将是最理想的选择。

2.3.1 回灌井设计

研究表明:回灌井埋设深度对回灌引起地下水位上升的范围影响很小, 对基坑周围地表沉降的影响也很小[12]。因此施工过程中可适当增加回灌井埋设深度, 以防止回灌水溢出地表, 确保回灌效果, 可取回灌井点井底埋深3.5m。据1.1.3中回灌量Q的计算方法, 在基坑西边距离基坑边5m处设一单排回灌井群, 并取回灌井间距为2.5m, 计算得单井回灌量Q为8.31m3/h。用验证后的模型模拟获得地下水位变化等值线图, 发现基坑位置并未达到设计水位降深。为满足设计水位降深要求, 增大回灌井间距, 重新计算单井回灌量Q, 并把新数据导入验证后的模型进行水位模拟。经反复调校, 获得最终回灌井间距和回灌量分别为3.64m和7.08m3/h。同理获得分别在基坑西边距离基坑边10m、15m处设一单排回灌井群时, 回灌井间距和回灌量分别为2.82m、15.16m3/h和2.19m、19.97m3/h。

2.3.2 模拟结果

为方便比较和总结规律, 回灌井群距基坑边分别为5m、10m、15m三种工况同样取经Processing Modflow模拟45 d后, 得到基坑西侧断面1-1 (图2) 地下水位和地面沉降的变化数据, 并与不回灌情况下降水模拟45d的数据相比较。其中, 图5反映了不回灌和回灌井群距基坑边分别为5m、10m、15 m时, 基坑西侧断面1-1内水位的变化;而图6则为达到设计降深后, 不回灌和回灌下井距基坑边对应距离处 (5m、10m、15m) , 地面沉降的变化。

2.3.3 结果分析和讨论

由图5和图6可做如下讨论:

(1) 随着回灌井距基坑边距离增加, 回灌引起地下水位上升的范围扩大, 说明在一定范围内远离基坑边处的回灌效果优于近处。可见, 回灌点布置应尽可能靠近保护对象。

(2) A平房住宅O点 (距西面基坑边16.87m) 在回灌井距基坑边依次为5m、10m、15m时的不均匀沉降量分别为1.63cm、1.23cm、0.66cm, 基本满足建筑对沉降的要求。

(3) 设置回灌井可以减小回灌点附近地面的总沉降量。但对于不均匀沉降量而言, 回灌点外远离基坑方向, 随着回灌井远离基坑边, 不均匀沉降呈现明显减小趋势, 而回灌点靠近基坑方向, 则出现先减小后明显增加的趋势。可能是回灌点至基坑边之间的含水层受到了抽水和回灌的多重作用, 致使含水层不均匀性增加, 增大了地表的不均匀沉降。

(4) 随着回灌井距基坑边距离的增加, 回灌点以外的总沉降量和不均匀沉降都减小, 说明在一定范围内远基坑处的回灌效果优于近处。

3 结论

(1) 从地表沉降模拟值和实测值对比分析可知, 本文建立的水-土耦合地面沉降模型并采用Processing Modflow软件进行数值模拟是有效的。通过改变不同的回灌条件, 定量上实现了不同回灌条件下基坑周边地面沉降的模拟, 获得了回灌法控制地表沉降的一般规律。相关结论与采用回灌法的深基坑降水工程多年现场实践观测情况相一致。

(2) 模拟结果表明:在基坑外侧一定距离处设置回灌井, 可明显减小回灌处远离基坑方向地表总沉降和不均匀沉降。且随着回灌井距基坑边距离增加, 回灌处远离基坑方向地表总沉降和不均匀沉降减小更显著, 说明在一定范围内, 远基坑处的回灌效果优于近处。因此, 工程实践中在确保回灌效果基础上, 可适当增加回灌井与基坑边的距离。

摘要：深基坑降水往往伴有地面不均匀沉降等环境问题, 人工回灌法是解决此类问题的有效手段之一。基于多场耦合作用理论, 建立水-土耦合模型, 应用Processing Modflow软件数值模拟了不同回灌井布置方案下基坑周围地面沉降及其变化。结果表明:设置回灌井后, 基坑周边地面的沉降量明显减小, 且回灌处相对远离基坑的地面沉降减小十分显著;在一定范围内, 相对远离基坑处的回灌效果优于相对近基坑处。

地面沉降控制 篇8

1 盾构隧道地面沉降规律

地面沉降规律是反映盾构掘进时, 沿掘进轴线方向对地层的影响, 同时它也能反映盾构掘进时不同因素、盾构机不同部位对地层的作用, 包括正面土压力、摩擦力及盾尾间隙等。根据地面沉降发生的时序, 一般将盾构施工沿隧道纵向的地面沉降划分为五个阶段[3]。

1.1 盾构到达前的地层沉降, 即先行沉降

盾构到达前, 地表已经产生变形, 影响范围约在10m~15m以内。主要是由盾构推进土压力的波动所引起, 还有地下水位下移使土层有效应力增加而引起的固结沉降。

1.2 盾构到达时的地层沉降, 开挖面前的沉降或隆起

自开挖面距观测点约3m~10m时起, 直至开挖面位于观测点正下方之间所产生的隆起或沉降现象。实际施工过程中设定的盾构土压舱压力很难与开挖面土体原有土压力达到完全的平衡, 多因土体应力释放或盾构反向土仓压力引起的土层塑性变形所引起。

1.3 盾构机通过时的沉降

盾构切口达到测点起至后尾离开测点期间发生的地表沉降。这一期间所产生的地表沉降主要是由盾壳向前移动过程中, 盾构机外壳与周围土层之间形成剪切滑动面, 土体被扰动所致, 盾构通过时的地表沉降约占总沉降的35%~40%。

1.4 盾尾间隙沉降

盾尾通过测点后产生的地表沉降, 影响范围约在后尾通过测点后0~20m范围。由于盾构外径大于管片外径, 管片外壁与周围土体间存在空隙, 往往因注浆不及时和注浆量不足, 管片周围土体向空隙涌入, 造成土层应力释放而引起地表变形, 这一期间的地表沉降约占总沉降的40%~45%。

1.5 后续沉降

后期沉降是由盾尾脱出一周后的地表沉降, 是由前面地层扰动引起的固结沉降和蠕变残余沉降, 反映了地层沉降的时间效应。这一期间的地表沉降一般不超过总沉降的10%。

总体而言, 盾构法施工过程中, 1.2和1.4阶段的地面沉降量和沉降速率较大, 控制沉降也最为关键。1.2阶段的变形控制要素是土仓内压力, 而1.4阶段的控制要素是盾尾间隙的注浆及时性和充盈率。

2 地面沉降的影响范围

盾构在推进过程中, 地表沉降以盾构为中心呈三维扩散分布, 且分布随着盾构机的推进而产生同步移动。地面沉降的影响范围可借助Peck公式进行预测。Peck公式的理论基础是:盾构掘进过程中产生一定的地层损失, 相当于挖去一块土体, 从而导致上部的土体移动, 不考虑土体排水固结和蠕变, 认为地层移动为一个随机过程, 在盾构掘进后在地表形成的横向沉降槽为一近似正态分布曲线[4]。韩煊、李宁等[5~6]结合JLE工程观测数据库, 对我国8个地区30多组观测数据进行对比研究, 分析评价了Peck公式预测方法在我国的适用性。盾构隧道施工引起地面沉降沿纵向影响范围, 在盾构前方约D+Htg45o范围内 (D为盾构直径, H为地表至盾构底的深度) 。粘性地层中, 纵向影响范围为一夹角为45o斜直线;砂性土中则为一鼻形曲线, 深层土体的范围与粘性土相同, 表层土体的范围要小于粘性土。横向影响范围对粘性土地层而言, 为隧道轴线两侧D/4+Hctg45o范围内, 砂性地层影响范围要小, 约为D/4+Hctg60o。

3 盾构隧道的地面沉降机理

盾构隧道施工产生地面沉降的机理主要源于开挖面的应力释放、附加应力等引起地层产生的弹塑性变形[7]。隧道施工所引起的地面沉降, 主要包括开挖卸载时开挖面周围土体向隧道内涌入所引起的地面沉降, 支护结构背后的空隙闭合所引起的地面沉降, 管片衬砌结构本身变形所引起的地面沉降以及隧道结构因整体下沉所引起的地面沉降, 可称为开挖地面沉降。盾构法隧道在施工期的地面沉降可认为主要由开挖沉降、固结沉降和次固结沉降组成, 而次固结沉降更多情况下需要在隧道运营期间考虑。盾构施工引起的地层损失和隧道周围受扰动或剪切破坏引起的土体再固结, 是造成盾构法隧道工程性地面沉降的根本原因[8~9]。

4 盾构隧道施工的地面沉降影响因素

地层沉降大小的影响因素有内因和外因之分, 但归纳起来主要有[10]以下几点。

4.1 地质条件的影响

实测和实验研究均表明, 隧道埋深对地表沉降的影响因地层情况各异。T.Ito等[11]曾指出, 盾构法施工地表沉降槽的宽度主要取决于最接近隧道拱顶的那一层土的特性。

4.2 土体性质的影响

土体的非均质性、各向异性、弹塑性和粘塑性使得盾构隧道施工引起的地层沉降进行准确预测是十分困难的, 正因为此, 说明土体的性质对地层沉降有着很大的影响。

4.3 覆土厚度H和盾构外径D的影响

盾构外径越大, 由盾构施工引起的单位长度的地层损失就越大, 在相同地面沉降槽宽度下, 最大地面沉降也随着增大;而隧道覆土厚度越大, 则最大地面沉降值就会越小, 但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度H与盾构外径D的比值即H/D的增大而减小。

4.4 地下水位变化的影响

盾构隧道施工中往往要采取降低地下水位的措施, 降水使地层产生固结沉降。此外, 施工过程中地层中水位的变化, 也会引起地层变形, 导致地面沉降。

4.5 盾构施工姿态调整的影响

盾构施工过程中的纠偏、仰头、叩头和曲线推进以及后退等姿态调整均会引起多余的地层损失, 导致地层沉降。另外, 盾构推进过程中, 土压舱压力过大或压力过小, 也会引起地层变形。

4.6 注浆的影响

由于盾构壳具有一定的厚度, 且盾壳外径大于管片外径, 盾壳与管片之间会留有一定的空隙。工程中普遍采用同步注浆或二次注浆的方法来减小由盾尾空隙引起的地层损失。若压浆不及时, 或因注浆量不足, 或因注浆压力不适当, 将会使盾尾后部隧道周边的土体失去平衡, 向盾尾空隙塌陷, 致使地层沉降。同时, 若注浆压力过大, 浆液浸入地层, 扰动地层, 也会加大地面沉降。

4.7 管片变形的影响

土压力作用下, 隧道管片产生的变形也会引起少量的地层损失, 导致地面沉降。

4.8 受扰动土体变形的影响

盾构隧道周围土体受到盾构施工的扰动后, 形成超孔隙水压力区, 在盾构离开后的地层中, 因土体应力释放, 隧道周围的超孔隙水压力下降, 孔隙水排出, 引起地层移动和地面沉降。此外, 盾构推进中的挤压作用和盾尾压浆作用等施工作用, 也使周围地层形成超孔隙水压力区, 在盾构隧道施工后的一段时间内超孔隙水压力消散, 地层产生排水固结变形, 引起地面沉降。

除上述因素外, 还有一些其它因素, 如:隧道渗水、涌水、携带泥砂、坍方等引起地层损失, 从而导致地表变形等。总之, 地铁隧道施工引起的地面沉降是诸多因素的综合作用结果, 合理的设计与巧妙的施工是盾构隧道控制地面沉降的关键。

5 地面沉降的安全性判断与控制

因不同城市地铁隧道工程的地质条件、地面环境、隧道埋深、上部结构对地基变形的适应能力和使用要求具有很大差异, 地铁隧道地面沉降的安全判断, 通常需要考虑地面建 (构) 筑物和地下管线的安全及地层稳定等因素后综合确定。目前国内与地铁隧道地面沉降有关的规范均未给出地铁隧道地面变形的具体指标或允许值[12~16]。从当前国内的地铁施工实际来看, 地表变形多根据经验控制在+1 0 m m~-3 0 m m以内。但工程实践表明, 制定统一的标准并不妥当, 实际工程中要按照不同地区、不同地质和周边环境区别对待, 以确定科学、合理且经济的沉降安全性控制标准。

地面沉降控制的总原则是, 采取各种措施保持隧道周围岩土体稳定, 防止水土流失, 进而控制地面沉降。针对不同工程的具体情况, 结合地面沉降的不同阶段, 盾构法隧道施工应采用施工前预防地面沉降的处理措施和施工过程中的补救加固措施, 包括注浆、锚杆、钢板桩、旋喷桩、搅拌桩加固, 采用冻结法施工或素混凝土墙等, 对盾构隧道上覆和两侧地层进行加固, 有效预防和控制盾构法施工引起的地面变形与发展。盾构法隧道的地面沉降控制, 要综合考虑地表建 (构) 筑物、地下管线及地层和结构稳定等因素, 分别确定其允许的地表沉降值, 并取最小值作为控制基准值。具体施工过程中, 可设置预警值、报警值和极限值来进行分级控制。预警值一般为极限值的60%, 当地表沉降达到该值时, 应采取必要的控制措施并密切监控沉降的进一步发展;报警值一般为极限值的80%, 达到该值时, 要立即采取有效措施和手段对地表沉降进行控制;极限值则是地表沉降允许的最大值, 超过该值将导致结构破坏等严重工程事故, 这在工程中是绝对不允许的。

6 结语

城市地铁隧道暗挖法施工不可避免的会对周围岩土体产生不同程度的扰动或破坏, 造成地层位移与变形, 甚至诱发地面沉降、地下管线等建 (构) 筑物受损等环境影响或灾害问题。本文分析了盾构隧道引起地面沉降的一般规律和沉降影响范围, 并总结了盾构隧道地面沉降的主要影响因素;在指明地面沉降主要源于开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形基础上, 对地面沉降的安全判断标准和控制原则进行了探讨, 为日益高涨的城市地铁隧道施工提供有益的参考。

摘要：本文首先分析了盾构法隧道引起的地面沉降规律和沉降影响范围, 总结了盾构隧道地面沉降的主要影响因素;指明地面沉降主要源于开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形, 并对地铁施工中的地面沉降安全判断标准和控制原则进行了探讨, 为城市地铁工程建设提供有益的参考。

地面沉降控制 篇9

在建筑给排水管道施工中通常会出现地面沉降的现象和问题, 对建筑给排水管道施工带来了非常严重的影响。地面沉降的概念通常是指在某区域地面在人为或自然的作用力下出现地壳表层土地的塌陷现象, 比如土体的压缩都是这种问题的反应, 严重情况下甚至会导致地面标高迅速的下降, 给环境和建筑物带来巨大的危害和损失。值得注意的是, 地面沉降主要是人为原因所造成的, 例如大面积的不合理开采地下水等施工, 而且一旦出现地面沉降问题, 将会对地质环境系统产生严重的破坏, 加上其沉降速度缓慢、较长的持续时间、较广的范围使地面沉降问题更加难以控制和预防。

在我国建筑给排水管道施工中经常会发生地面沉降的现象, 通过调查和分析表明, 城市给排水管道的规划过于单一是其主要的原因和问题, 过于单一的城市给排水管道规划非常具有局限性, 也许在一定时期内其功能可以得到很好的发挥, 但是没有将控制地面的沉降作为其预防和施工的一个重要方面。而且综合我国建筑给排水管道施工的现状进行分析和总结, 不难得出在给排水管道施工的过程中, 缺乏技术上的考量这一结论。甚至在很多地区的施工上, 仍然采用较为落后的技术, 一般都是参照以往施工的经验来进行, 没有特别的就地面沉降等问题进行研究与讨论, 这从某种程度上也说明了我国当前建筑给排水管道施工中需要对这一问题加以重视。如果不能及时的对这一问题进行处理与解决, 不难保证建筑给排水管道施工竣工后因地面沉降问题给给排水管道带来恶劣的影响, 之曰道给排水管道应有性能的发挥和其正常的使用。

2 建筑给排水管道施工中地面沉降危害问题的控制措施

2.1 大力推广运用顶管技术

在建筑给排水管道中大力推广运用顶管技术能够有效的控制地面沉降问题。顶管技术实际上是非开挖式管道敷设技术的一种, 在其具体的施工过程中, 能够解决在开挖土方时对地层的破坏问题, 从而一定程度上对地面沉降问题加以有效的控制2.2施工准备

在建筑给排水管道施工中应用顶管技术需要在施工前布置好主要的施工设备和材料, 还可以设置一名安全专员来监督每项具体的施工内容。在进行顶进施工的同时, 需要利用顶进设备将预制构造部分分层次的顶入地基, 并将顶管机安全的推入土体中。另外, 在顶管机出洞时一定要加固其后靠土体和出动区域所在周围的土地, 确保顶管机的安全出动。不仅如此, 在顶管机进出预留洞的同时, 可以通过在洞口安装止水设备来方式泥水流失的问题。

2.3 顶管井

一般来说, 顶管井是钢筋混凝土结构中的一个构成部分, 通常具有单孔井和单排孔井这两个部分, 其可以有效的改善井结构所受的作用力, 并能够在井内设置支撑体来提高施工的安全。同时, 顶管穿墙也可以迅速打开穿墙没办, 并将工具管顺利顶出, 并在穿墙上安装止水设备, 确保在穿墙过程中有效的阻挡水土。顶管井还可以通过在管内填夯粘土等措施达到密实与粘合的作用, 提高土体强度, 保证穿墙管外土体的稳固性。

2.4 顶管出洞

另外, 在顶管出动的时候一定要做好防止管线偏斜的措施, 这一环节可以利用工具管来进行有效的调节, 比如通过在井壁上架设支撑体来实现。其次, 还可以用主顶油缸来进行纠偏工作, 从而防止下跌的问题。不仅如此, 为了减少注浆时的阻力, 还可以将管道周围的孔隙用泥浆填满, 并在压住触变泥浆之后加以填充, 从而形成一种泥浆的保护层, 从而减少顶管出洞所遇的阻力并加强职称地面的作用力。

2.5 大力推广运用托管法

同样, 通过大力在建筑给排水管道施工中应用托管法也可以有效的控制中地面的沉降问题, 尤其是在后续沉降的控制上起着突出的作用, 这种方法主要是通过对管道的固定和地基的加固来实现, 主要有以下几个重要的环节:

2.6 泥浆置换

首先对泥浆进行置换施工, 其主要材料主要由水泥、石膏和高钙粉煤灰这些成分组成, 并需要在置换的同时对所置换的泥浆进行成分分析, 确保所置换的泥浆能够有效提高填充的密实度。在这一环节上需要重视材料的质量控制, 比如高钙粉煤灰需要具有良好的颗粒性和水硬性, 这样有助于泥浆的填充密实, 另外, 水泥也应该在一定程度上可以提高置换泥浆的强度, 让管道具有一定的承压作用, 从而避免孔壁坍塌问题的发生。

2.7 配比置换泥浆

在托管法的应用过程中, 需要重视置换泥浆的配比施工。在配比上应该严格按照正常比例进行, 比如粉煤灰占成分的87%左右、水泥占10%左右、石膏占3%左右, 因为在这种配比条件下, 能够慢化水泥粉煤灰的水化作用, 并在石膏缓凝的过程中提高强度。另外, 泥浆减少摩擦的作用应该持续到托管发法施工完成之后, 但是在施工后期需要对这一问题加以重视, 后期需要根据施工的具体环境和条件将泥浆压入管道与土层, 通过触变泥浆的产生来增强泥浆强度的效果, 并通过严格控制触变泥浆的沉降量来达到减小地面沉降危害的目的。

2.8 泥浆填隙

在泥浆凝固之后其体积将会不断的缩小, 但是其管道外部的空隙会不断的增大, 所以在托管法施工中要充分利用你将来填充此空隙, 从而通过减小管道外围覆盖土层的压力来避免建筑给排水管道施工中地面沉降问题的发生。总而言之, 托管法能够在建筑给排水管道施工过程中的后续沉降阶段上起到明显的控制作用, 同时, 也能够在地质环境复杂的条件下给建筑给排水管道施工提供一个良好的技术手段。

2.9 雨水回灌地下水

众所周知, 建筑给排水管道施工中出现地面沉降的问题其最大的原因就是地下水水位过低造成的, 因此, 通过雨水回灌地下水的方式能够有效的控制地面沉降问题。在雨水回灌地下水这一方法中主要是通过对雨水的储蓄并回灌到地下进行的, 通过这种方式不仅仅能够提高资源的使用效率, 节约用水, 还能够对建筑给排水管道施工中所出现的地面沉降问题有效控制, 并避免施工问题的出现。这种方法的应用主要由以下几个主要部分组成。

2.1 0 雨水的收集

由于雨水有着不同的回流介质, 因此在雨水的收集上可以通过三个方式来进行。首先是屋面雨水的收集, 因为雨水一般会在屋面上积聚, 可以通过设置落水管和蓄水池来实现雨水的收集, 但是这一方式主要适用于较为大型的建筑物。其次, 还可以通过截留道路雨水的方式来实施, 利用道路下设置的雨水排污管道进行雨水的汇集, 并利用蓄水池加以收集, 但是这种方法成本较高。最后还可以通过加大绿化面积来直接补充地下水, 但是介于其下渗量的原因收效较慢。

2.1 1 雨水的处理

雨水回灌地下水必须要做好处理工作, 尤其是要结合各个地区的不同条件实施好雨水处理工作, 一般在处理上应该经过弃流、混凝、沉淀、过滤消毒这几个环节, 知道雨水水质符合相关标准化才能作为回灌水灌入地下, 这样才能避免水污染问题的出现。

2.1 2 雨水的回灌

雨水的回灌需要以雨水处理为前提, 在一系列处理工作完成之后才能回灌到地下, 在这一环节中主要通过压力回灌和自然回灌进行。顾名思义, 压力回灌便是通过利用自来水管的压力来让雨水突破地层阻力到达地层, 增加地下水含量和水位。而自然回灌则主要是采用回灌井来渗入地下的, 自然回灌将渗入浅层的水源利用回灌井管路来克服地层阻力, 直接的渗入地下水, 从而增加地下水水位, 提高地下水对地面的作用力。通过雨水回灌的方式能够从源头上解决建筑给排水管道施工中地面沉降的问题。

摘要：随着我国社会经济的不断发展和进步, 对水资源的利用越来越大, 甚至出现了盲目抽采地下水的现象。以至于在我国建筑给排水管道施工过程中出现严重的地面沉降问题, 对人们的生活和社会经济的发展造成了严重的损害。本文就建筑给排水管道施工过程中地面沉降的问题进行深入的分析, 并提供一些可供参考的意见和措施。

关键词：建筑给排水,管道施工,地面沉降,危害,问题控制,应对措施

参考文献

[1]岳建平.城市地面沉降监控理论与技术[J].科学出版社, 2012, (03) .

地面沉降控制 篇10

1.1 施工技术原理

浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理:采用复合衬砌, 初期支护 (简称初支) 承担全部基本荷载, 二次衬砌 (简称二衬) 作为安全储备, 与初支共同承担特殊荷载;采用多种辅助工法, 超前支护, 改善加固围岩, 调动部分围岩自承能力, 采用不同开挖方法及时支护封闭成环, 使其与围岩共同作用形成联合支护体系;采用信息化设计与施工。

浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层的地下工程, 围岩自承能力很差, 为控制地表沉降, 初期支护刚度要大、要及时。围岩特征曲线 (见图1) 中C点尽量靠近A点, 即尽量增大支护的承载, 减少围岩的自承载。要做到这点, 必须遵守“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针, 初支必须从上向下施工, 初支基本稳定后才能做二衬, 且必须从下到上施工。

1.2 施工的基本原则

浅埋暗挖法以新奥法的基本原理为依据, 将开挖断面合理分割为若干个单元;及时施作格栅, 网喷混凝土等初期支护体系, 柔性初期支护系统与围岩共同组成承荷系统, 协同变形-承载, 充分发挥围岩自身承载能力;建立监控量测体系, 实施信息化管理, 保证施工过程始终处于稳妥安全的受控状态;根据时间-空间效应原则及量测信息, 确定实施混凝土衬砌, 保证构筑物的整体性能。

1.3 施工工法分类

按基本开挖和支护技术分类, 浅埋暗挖法施工工法可以分为:

(1) 正台阶或上半断面法;

(2) 导坑法, 包括单导坑和双导坑法, 其中双导坑法也叫眼镜法;

(3) 中隔壁法 (CD和CRD法) ;

(4) 中洞法、柱洞法和侧洞法。

2 北京地下直径线控制沉降的安全技术措施

2.1 浅埋暗挖段工程概述

北京地下直径线Ⅰ标段浅埋暗挖段隧道里程DK0+850—DK1+142采用双侧壁法, 其中DK0+850—DK0+880段为矩形断面, DK0+880—DK1+142段为拱形断面;超前支护为φ42 mm热轧钢管, 壁厚3.5 mm小导管, 环向间距0.333 m, 单根长度2.5 m, 注水泥-水玻璃双液浆, 水平外插角5°～15°。临时初支结构采用0.3 m厚格栅C25喷射混凝土, 永久初支结构采用0.35 m厚格栅C25喷射混凝土。

暗挖双侧壁法导坑法的里程为D K 1+1 3 8—D K 0+8 5 0, 其中DK0+850—DK0+880段为矩形断面, D K0+880—D K1+142段为拱形断面;初支结构采用钢格栅C25喷射混凝土, 二衬结构采用C35P8钢筋混凝土。双侧壁法分9步开挖, 二衬分2步完成, 具体施工工序见图2。

该工程的重点和难点是: (1) 建筑物众多, 地下各种管线密布, 施工风险极高。隧道紧邻地铁2号线, 上跨地铁5号线崇文门车站 (距结构顶板仅1.8 m) , 下穿地铁4号线宣武门站 (距结构底板仅1.0 m) ;电力、煤气、自来水、热力等多条管线平行于隧道顶部 (自来水、电力管线最小净距仅为0.5 m) ;沿线经过崇文门饭店等多栋高层建筑, 以及正阳门火车站、前门、箭楼等重点保护文物古迹。 (2) 长距离、大直径泥水盾构施工技术复杂, 暗挖11.9 m大断面隧道覆土深度最小仅3 m。

2.2 控制沉降安全技术措施

2.2.1 超前小导管支护

超前小导管注浆加固地层技术, 是沿隧道开挖轮廓线外纵向, 向前倾斜钻孔, 安设注浆管, 并注入浆液, 达到超前加固围岩和止水的目的, 同时小导管还可起到超前管棚预支护作用。

注浆范围为2, 4号导坑, 注浆采用小导管超前注浆加固, 管长3.0 m, 间距1.5 m, 梅花形布置, 纵向每2.5 m一循环, 0.5 m厚注浆体作为止浆墙, 注浆管布置间距的原则是竖向1.0 m, 横向0.5 m (重点两侧土层加固) , 注浆材料采用TGRM加固型浆液, 注浆管采用φ42 mm小导管, 管上布置注浆孔 (管上钻有φ10 mm的孔眼, 每排4个孔, 交叉排列, 间距10～20 cm) , 注浆压力约0.3 MPa。掌子面其他地层视地质情况采用5 cm网喷混凝土封闭。

2.2.2 超前地质预报及土方开挖

土方开挖前需进行超前地质预报, 主要采取地质超前雷达或人工洛阳铲探测, 探测长度不小于2 m, 探测点应主要分部在拱顶、拱脚部位, 每个断面不少于3个探测点, 每一次开挖循环即探测一次。

严格按照设计图纸控制开挖进尺, 土方开挖严禁欠挖, 一次开挖进尺不得超过0.6 m, 应预留核心土, 核心土不得出现反坡, 面积大于开挖断面的50%, 坚持“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则。上导坑按照设计要求, 用5 cm厚的网喷混凝土封闭掌子面。

2.2.3 锁脚锚管施工工艺

小导洞施工过程中, 每榀格栅在边墙与拱顶交界处施作锁脚锚管, φ42 mm锁脚锚管单根长3.0 m, 水平向下角度为10°左右, 注水泥砂浆, 水灰比为1∶1。打管前先指定好角度, 采用高压气管成孔后, 将锚管人工捶击进入土体内, 随后注浆, 终孔。

2.2.4 背后注浆施工工艺

隧道每开挖2～3 m即埋设初支背后回填注浆管, 每个导洞注浆断面埋设不少于2根, 当喷射混凝土强度达到后立即进行注浆, 注浆压力0.5 MPa, 管径φ42 mm, 注浆管应埋设在格栅顶部, 同时也可根据现场情况调整。

2.2.5 导坑内深孔注浆

图3所示DK0+880—DK0+920段2, 4号导坑位于粉细砂地层, 且砂层含水量较低, 易发生流砂现象, 引起局部坍塌, 按照设计要求, 在该导坑内进行深孔注浆。其他导坑如不是上述地质条件则进行5 cm网喷混凝土封闭。

在DK0+880—DK0+920段, 如开挖掌子面为黏聚力较小的粉细砂地层时, 采用掌子面超前注浆加固, 如不是上述地层则进行5 cm网喷混凝土封闭。

采用TGRM加固型浆液, 水灰比0.8∶1, 要求浆块2 h的抗压强度不小于1 MPa。注浆参数:前进式分段注浆, 一次注浆长度为2～3 m, 一个循环注浆长度为10 m, 浆液扩散半径为40～60 cm, 止浆封堵采用喷射C20混凝土30 cm厚止浆墙。注浆效果要求注浆保护圈的岩体渗透系数降至0.01 m/d数量级, 浆土结实体粘结力不小于50 kPa。深孔主要布置在两侧导洞开挖轮廓线周边。小导管注浆断面示意图见图4。

2.2.6 提高施工效率

施工效率提高意味着各工序施工时间缩短, 地层应力的释放就能得到有效控制, 地层内部的变位调整也将减小。

2.2.7 及时施作二衬

孔隙水调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程。对软弱富水地层, 随着渗排水, 地表大范围沉降, 初支刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强。因此对软土隧道, 为确保地层较快恢复稳定, 二衬应及时施作。

2.2.8 严格执行监控量测

依据中华人民共和国《工程测量规范》, 结合工程具体情况, 制定如下技术要求:

(1) 监测点埋设结束后, 及时绘出正规的测点位置图。

(2) 沉降观测采用闭合路线, 位移测量采用视中线法。

(3) 各项监测点埋设完毕且稳定后, 初始值测试应不少于2次, 并取2次稳定值的平均数作为原始基准数据。

(4) 所有测量器材及仪器在使用前必须经过检定。

(5) 测量器材及仪器运至测量现场后必须进行检查校正, 以保证设备完好。

(6) 在监测过程中要加强对现场测点的保护, 发现问题及时与有关单位联系, 若因施工不慎损坏测点, 应尽最大努力进行补救。对于无法进行补救的测点, 应及时发出工程联系单, 告知各方认可。

(7) 当监测数据超出所要求的报警值时, 立即报警, 并及时分析原因, 提出合理化建议供有关各方参考。

(8) 施工单位应注意对监测点的保护, 并提供详细的施工进度计划。

3 地面沉降的预防及处理措施

针对该区段地质情况, 在施工过程中, 可采取以下措施控制沉降:

(1) 建立地面沉降观测点, 在开挖前取得初始数据, 并将所有的监测点清晰地标在总平面图上。

(2) 在开挖时对量测结果进行整理, 以获得开挖参数与沉降点的关系, 以便在施工中调整各项参数。

(3) 在开挖过程中, 对地面建筑物进行加固, 运用优化施工参数的方法, 进一步控制地面沉降曲线的特性指标, 满足环境保护要求。

(4) 地面沉降变化值较大时, 加密观测和主要工作人员现场值班是非常重要的, 并在施工过程中放慢开挖速度, 及时进行初期支护, 使每榀格栅尽快封闭成环。出现特殊情况时, 应迅速召集现场值班工程师制定应急方案。

(5) 建立严格的沉降量测控制网络, 及时定期进行监测, 以掌握隧道施工时和建成后对周围环境及对结构本身的影响。

4 结束语

为应对大断面、超浅埋暗挖所带来的挑战, 在北京地下直径线施工过程中, 工程技术人员攻破了一道道技术难题。浅埋暗挖方法在北京地下直径线的成功应用, 为今后类似工程提供了参考依据。实践证明, 只要坚持执行以上各项安全技术措施, 浅埋暗挖法将为城市隧道安全高效建设保驾护航。

参考文献

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社, 2004

[2]刘辉.浅埋暗挖法修建地下工程应用分析[J].铁道工程学报, 2005, 86 (2) :38-40

地面沉降控制 篇11

1.1 整体工程概况

上海市北京西路~华夏西路电力电缆隧道工程三标12#~13#井顶管全长1284m, 顶管直径为Φ3500, 管节为F型钢筋混凝土管, 管节长度为2.5m, 顶管覆土深度为20.47m~11.98m, 采用单向坡, 坡度0.66%, 平面为S形曲线。

1.2 工程地质

1.2.1 水文地质

场地地下水类型为浅部潜水, 勘探期间测得钻孔中地下水埋深大致为0.50~1.90m, 相应标高变化为1.04~3.38m。

承压含水层主要为 (5) 2砂质粉土层及 (5) 32层, (5) 2层层面埋深大致为17.2~19.6m, 承压水稳定水位埋深为10.4~11.0m, 承压水平均水头为7.65m, 承压水稳定水位标高大致为-6.48~-7.62m, 属于微承压含水层。

1.2.2 工程地质

本段顶管区间主要在 (4) 灰色淤泥质粘土、 (5) 11灰色粘土层中顶进, 局部穿越 (5) 2灰色粉质砂土。具体土层物理参数见下表:

1.3 穿越地面建筑物情况

顶管要穿越220m长度范围内民房群, 这些民房结构非常差, 自顶进到500m时开始进入民房, 扰动到1300m, 扰动周期约70天。

为分析顶管地面纵向变形, 主要针对轴线范围20米内各民房建筑进行监测, 施工前对各民房做倾斜度观测, 取得初始数值并每日进行测量。

监测点:建筑物监测点布设104点, 点号为F82~F185。本次分析取F149、F150、F151、F153、F155、F156、F157、F158、F161、F162。

2 关键施工技术

2.1 顶管设备选型

2.1.1 掘进机选型

选用Ф3500大刀盘泥水平衡顶管掘进机。该机器具有功率大、开口率高不易堵管的特点。同时可以通过控制排泥管的泥水量来间接控制开挖面的地下水压力, 把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而避免了开挖面的地下水干扰影响, 以达到控制地面沉降的目的。

2.1.2 注浆设备系统

为使顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套, 管内共设置二根总管, 三套管路系统。一套采用液压注浆泵把储浆箱内的浆液压入掘进机尾部的同步注浆, 另一套采用液压注浆泵进行补浆及输送掘进机尾部浆液。地面设置一套管路系统, 用于补浆、输送浆液及对出洞口补浆, 采用新采购的天津聚能低压泥浆泵。

注浆设备主要技术参数:单缸液压注浆泵型号:SYB50/50-II;注浆流量:Q=80L/min;压力:P=4Mpa。

2.2 顶管推进施工参数选取

3 监测数据分析

3.1 第一阶段监测数据分析

顶管机头于2012年7月5日晚上 (此时民房测点群距离12#约520米) 顶进测点群中央, 该段时间顶管的顶进速度较均匀, 每天大约顶进15米左右, 从曲线中可以看到, 7月5日下午以前, 曲线大致稍微有所沉降, 但波动变化范围较小, 最大沉降量-1.1mm, 各个测点隆沉相差不大。但是7月5日下午至7月8日上午这段时间明显可以看出地面有隆起, 单次累计最大值达2.6mm。

这部分沉降主要是当工具管离测点较远时, 由于刀盘的切削搅拌、振动, 会对土体产生扰动。在扰动作用下, 土体中的水和气会被排出, 土体颗粒产生相对移动, 土体产生一定的压缩, 地面会出现一定量的沉降。

随着工具管距离的靠近, 土体受到千斤顶的挤压作用, 有向前向上的移动趋势, 导致地面有微量的隆起。当工具管到达测点附近, 由于开挖面处土体的切削, 前部土体产生松动, 此时地面又会产生微小的下沉。

随后, 由于顶进面继续向前移动, 测点附近土体迅速被挤压, 地面又会产生比较明显的隆起, 此时的隆起量取决于顶力施加的大小, 顶力越大, 隆起越明显。

3.2 第二阶段监测数据分析

从7月8日下午开始, 沉降速率较相对较快约为1.1mm/天~1.9mm/天, 于7月10日下午沉降速率逐渐开始减缓。

这部分沉降主要是当工具管通过测点后, 由于后续管节的直径比工具管的直径要小。所以, 当工具管尾部通过后, 管道周围的土体要向管壁移动, 以填补后续管节外围的间隙, 这样就会引起土体移动, 这一阶段地表将会出现较大的沉降。

3.3 第三阶段监测数据分析

从7月27日下午开始, 沉降速率减至较小约为0.2mm/天~0.6mm/天, 部分监测点亦有隆起现象可能是后期补浆压力大造成的。

这部分沉降将会持续一段时间, 因为当顶管线路贯通后, 由于在施工过程中对土体的扰动以及孔隙水压力消散, 会产生主固结沉降与土体骨架蠕变产生的次固结沉降。但这部分沉降是很小的。随着时间的推移变化速率将逐渐收敛。

本段区间顶进工作已于8月28日晚进洞完成, 该区间顶进工作已经结束。整个区间顶进过程顺利, 其中穿越老旧民房段最大沉降仅为9.2mm, 达到顶管微扰动施工要求。

4结论

4.1 沉降规律总结

通过对顶管顶进施工过程中地表移动的观测, 结果表明沿推进纵向轴线所产生的地表沉降发展的一般规律与盾构施工引起地表纵向变形的规律相似, 如图图4.1.1所示, 可以分为三个阶段, 即工具管前部变形阶段、施工沉降阶段和土体固结沉降阶段。

4.2 沉降规律对施工的指导意义

(1) 工具管前部土体变形阶段

这部分土体变形可以认为是顶管推进在未来一段时间内地面沉降的预兆, 应该根据沉降值调整泥水压力保证顶管机头正面泥水平衡。

(2) 施工沉降阶段

控制这部分沉降主要起因为顶管机头外径大于管道外径, 同时不排除顶管机头正面泥水平衡不理想。控制手段应是调整注浆压力、注浆量同时需考虑改变浆液配比。必要时调整泥水仓压力重新建立泥水平衡。

(3) 土体固结沉降阶段

此部分沉降为主固结沉降与土体骨架蠕变产生的次固结沉降。土体损失已成定事, 调整顶管施工参数已没有意义。控制这部分沉降的主要手段是在施工后能及时二次注浆换填。

(4) 通过本工程实例分析总结得出, 大刀盘泥水平衡顶管掘进机在合理设置施工参数的情况下, 是现代非开挖技术的典范, 对控制穿越建、构筑物时的土体沉降有着无可比拟的优越性。

参考文献

[1]杨晓玲, 长距离顶管施工的难点与关键技术.河南建材, 2013.

[2]刘晓丹, 市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析, 科技创业家, 2012.

[3]王新霞、佟慧宇、高子琳、张兰涛、王海钧、张玉英, 顶管施工工艺在北京电力隧道中的应用, 工程质量, 2012.