机械法联络通道施工扰动影响及注浆措施效果研究

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联络通道是地铁隧道建设中的关键部分,而其作业空间小、技术要求高等特点一直是地铁建设中的难点,尤其在流动性强、灵敏度高、抗剪能力差的软土地层中施工会造成周围土层的二次扰动,引起地面不均匀沉降,严重时还会造成地面坍塌,但是对于联络通道施工对环境的扰动影响以及相关应对的措施较少受到人们的关注,特别是在新型机械法联络通道施工建设方面。依托宁波地铁3号线某区间两条机械法联络通道施工工程,通过理论计算、三维有限元数值模拟、现场试验,探究了机械法联络通道施工对环境造成的扰动影响,包括地层隆沉、对主隧道整体结构的影响以及壁后注浆措施对地面止降和结构抬升的作用。本文具体内容和结论如下:(1)基于一般地铁隧道施工扰动分区的思想,分析明确了机械法联络通道施工土体不同扰动区域。以表达地表沉降的peck经验曲线为基础,提出了综合考虑双线主隧道施工扰动影响和机械法联络通道施工二次扰动影响的全施工周期沉降叠加计算模型,能够较好体现施工扰动特点,为地表沉降分析提供理论依据。(2)建立了模拟机械法联络通道施工全过程的有限元模型,以研究全施工周期以及地铁联络通道施工阶段的环境扰动影响问题。结果表明:全施工周期数值解与上述沉降叠加计算模型相比较为吻合;在联络通道掘进阶段,沿掘进方向上,主隧道上方地表的土体沉降较小,靠近联络通道中间位置沉降较为明显。在300k Pa的推进压力下,接收端地表土体在始发时表现为隆起随着开挖的进行最终表现为沉降,且顶推力越大,接收端地表隆起较为明显,而当推进压力为0时则接收端地表始终表现为沉降。施工过程中主隧道拱底主要表现为沉降变形。(3)通过现场监测试验研究实际施工中地表扰动影响,表明地表横向沉降中线位置处沉降较大,最大达到3~4mm,远离联络通道中线位置的两侧地表沉降较小。沿纵向方向靠近T接部位处沉降较为明显,中央位置土体交叉扰动小沉降相对较小,纵向最大沉降在4~5mm。施工过程中与盾构机同等深度附近的土层纵横向水平位移较为明显,横向土体位移达到15~20mm,纵向水平位移达到25mm。而对整体主隧道结构主要造成沉降扰动作用,主隧道结构横断面收敛变形较小,基本在可控范围内。通过实测数据的回归分析得到的拟合曲线,明确了曲线参数,以表达横纵向沉降一般规律性。(4)基于现场试验和数值模拟方法研究了壁后注浆施工影响。通过对联络通道现场施工中壁后注浆过程的各个步骤注浆量以及地表隆沉情况进行测试,监测结果表明二次封堵注浆时对联络通道首尾两端注浆后联络通道上方地表有隆起影响,中段影响更为明显,对联络通道整体壁后注浆后,地表隆起较为明显,最大可达到1.75mm。通过建立三维有限元模型计算不同的注浆压力下地表隆沉结果表明注浆压力越大,对地表的隆起增量越明显,根据实测沉降结果注浆压力在0.3~0.4MPa之间对地表止降效果较好。最后将地表隆起的实测数据与三维有限元计算结果对比分析,实测数据与0.3MPa注浆压力下的计算结果拟合较为一致。综上所述,通过理论分析以及数值计算,结合现场试验实测与数据统计分析研究,表明采用机械法联络通道施工能较好控制地表沉降,通过壁后注浆措施能较好改善地表隆沉问题。
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