盾构下穿铁路地表沉降分析

盾构下穿铁路地表沉降分析

冯　义1　陈寿根1　罗石宝2

(1西南交通大学土木工程学院　成都　610031;　2中铁二局城市轨道交通公司　成都　610031)

摘　要　盾构机目前已广泛应用于各种土建工程领域,盾构法隧道施工具有安全、快速、地表沉降小等优点,如何

控制地表沉降成为工程的一大难题。本文依托深圳地铁5号线盾构隧道下穿广深铁路,对地面沉降监测数据进行分析,探讨了盾构施工过程地表沉降规律及其影响范围和程度,包括沉降随时间发展规律、沉降与盾构机掘进的关系、横断面沉降槽分布形式和沉降速率。

关键词　盾构　地表沉降　速率

1　工程概况

深圳地铁5号线长龙～布吉站盾构区间出长龙站后沿吉华路下穿金鹏路,之后下穿布吉公园、广深铁路,到达布吉站。设计起点为长龙站后端结构内缘,里程为C K 30+568.40,设计终点为布吉站前端,里程为C K 31+416.00。本区间线路基本沿布吉路敷设,敷设方式为地下。右线长度为847.60m ,左线长度为840.47m 。区间隧道在左D K31+317.569～D K 31+392.037,右DK31+320.316～D K 31+395.259范围内平面斜交穿越广深铁路,隧道中心线与铁路中心线的平面交角为77°,左线斜交铁路里程为D K 138+282,右线斜交铁路里程为D K 138+300,共计10股道,穿越长度约58m ,区间和铁路的竖向净距为14m 左右。

区间周边围岩为全风化角岩层。土层从上到下分别为素填土、砾砂、粉质粘土、全风化角岩、强风化角岩、中风化角岩。隧道在D K 31+350处覆土最

浅,约为13.3m 。地层加固采用φ800旋喷桩方式加固,咬合200mm 。盾构区间隧道配置两台海瑞克复合式土压平衡盾构机,左、右线各1台。盾构掘进划分3个阶段,即试验掘进段、正常掘进段和到达掘进段,即从盾构始发井始发后的75m 作为试验掘进段,在盾构到达前50m 段作为到达掘进段,其余地段作为正常掘进段。管片采用厚300m m ,宽1500m m ,每环由6片管片拼装而成,管片楔形量采用38mm 。

文章通过对监测数据的提炼,对下穿广深铁路产生的地表沉降进行了一定的分析。下穿广深铁路纵断面示意图如图1所示

。

图1　广深铁路平纵断面示意图

2　监测方案

2.1　监测方法及设备

沉降监测按国家二等水准测量规范要求进行,在施工影响区域以外约100m 处设置2～3个水准基点作为高程起算点。每个监测点与基准点形成闭合或附合水准路线,简算出各点与原点高差或实际高程,多次监测后,比较各测点高差变化值,即沉降

量后就可对各沉降点进行分析。使用测量仪器:D J2-1光学经纬仪1台,全站仪1台,S1水准仪1台,铟钢尺以及测绳若干,计算机和打印机各1台,其它相关配件。2.2　监测点布设

在盾构下穿铁路左线两侧范围内,沿隧道中线上方地面平均每隔3m 建立一个监测横断面,平均每5设一个沉降断面,每个断面上布设至少5个

m 2

1

观测点,分别布设于轨道两旁和就近地面上,共计

117个点。布设点位断面图如图2,图3所示

。

图2　

广深铁路左线布点平面图

图3　广深铁路左线布点纵断面图

2.3　监测频率

(1)加固施工期间

监测频率普通点为1d 两次,线路加固期间因注浆连续作业须对线路进行跟踪沉降位移观测,主加固区观测频率按照每0.5h 一次,次加固区1d 两次,但可根据实际情况进行调整,注浆隆起量按2mm 控

制,超过2mm 则立即报警。

(2)盾构穿越施工期间

在盾构切口进入道床下方至盾尾脱出之间监测频率最高,线路沉降每小时一次,隧道沉降1d 一次。

在盾首距离铁路路基25m 处～盾首切入路基前时,以及盾尾脱出路基～盾尾远离路基25m 范围,监测频率为1d 两次。对于盾构施工中沉降变化量大的点,根据实际情况加密监测频率,必要时进行跟踪监

测。监测结果及时反馈给施工人员。

在穿越后循环密度可逐步降低。施工监测工作延续到观测值稳定收敛后方可停止。

2.4　监测技术要求

本次观测中各点沉降观测精度为±0.01mm ,根据设计文件要求和铁道部《铁路线路维修规则》等相关标准,监测设计基准值如表1。

表1　监测设计基准值

监测项目路基沉降/mm

拱顶下沉/mm

轨道沉降/m m

水平收敛

允许值

5

50

4

0.005B (B 为隧道宽度)

3

1

3　监测数据分析

3.1　测点沉降规律

根据工程中的实际数据,对D K 31+317～D K 31+356隧道中心线D -3测点进行分析,可得到以下数据关系图,如图4,图5

所示。

图4　

沉降量变化曲线

图5　沉降速率变化曲线

如图所示,各断面D -3点随时间变化有一定规律,根据变化曲率形态,数据关系曲线可以分为5个阶段,第1阶段:5月15日,沉降和隆起值较小,变化速度慢;第2阶段:5月16日沉降量开始增大,

但沉降速率比较小;第3阶段:5月17日沉降量继续增大,但沉降速率增大;第4阶段:5月18～21日沉降缓慢增加,沉降速率降低;第5阶段:5月21日后沉降逐渐趋于平稳,沉降量保持稳定。另外可以看出,对于隆起量,也遵循上述规律。上图说明,沉降发生最快的是盾构下穿时7d 左右,如果在实际掘进中保持一定的掘进速度在合适的时间长度内迅速通过,缩短沉降时间,是能够防止由于时间原因对围岩的过度扰动,从而有效控制沉降。

3.2　轴线沉降与盾构掘进距离的关系

盾构掘进过程中,由于前方土体受掌子面稳定的影响,当盾构机离该横断面远近不同时,沉降量和

速率是不同的。通过对不同横截面沉降进行观察,可以了解盾构掘进前后对土体沉降的影响大小。本文中选取D K31+317,D K 31+325,D K 31+344,D K 31+353四个断面进行研究,采用玻尔兹曼函数对原始数据进行拟合(负值代表盾构机刀盘开挖逼近该断面,正值代表远离该断面),拟合数据曲线如图6,图7

所示。

图6　4

个断面沉降量与开挖面距离关系拟合曲线

图7　4个断面沉降速率与开挖面距离关系曲线

从图中不难看出,沉降量在盾构机离断面30m 前基本保持不变,在前10m 左右开始出现轻微沉降,速率图像也表明此时沉降速率开始加大,开挖面在断面下方左右沉降量开始显著增加,沉降速率增大,开挖面通过10m 后沉降量继续增加,但沉降速率减小,在20m ～40m 左右,沉降速率接近0,说明在这个范围外沉降很少发生,这个时段就是该测点的最终沉降值。

实测数据分析表明,在下穿断面时,诸多因素影响了沉降加大,主要有以下几点:

()土仓压力的影响由于广深铁路地质条件属于软岩,在下穿时必须保持一定土仓压力加大推力

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