盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究本科畢業(yè)論文

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)（北京）本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）中文題目：盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究 英文題目： research on subsidence analysis and the relevant encountering measures for tbm undergoing the buildings姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 完成日期： 2012 年 05 月 31 日中國礦業(yè)大學(xué)（北京）本科生畢業(yè)論文任務(wù)書學(xué)院 專業(yè) 班級 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期： 2012年1月18日 完成日期： 2012年5月31日 題目：盾構(gòu)下穿建筑物沉降分

2、析與控制技術(shù)研究專題題目：主要內(nèi)容和要求：1、盾構(gòu)工法的發(fā)展和應(yīng)用：盾構(gòu)工法發(fā)展概況。盾構(gòu)工法在中國的應(yīng)用。2、盾構(gòu)施工沉降問題的提出：闡述對盾構(gòu)施工沉降的認(rèn)識。國內(nèi)外盾構(gòu)施工沉降分析及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀。3、對盾構(gòu)下穿建筑物沉降問題的認(rèn)識：簡述盾構(gòu)下穿建筑物的安全風(fēng)險。對盾構(gòu)下穿建筑物沉降規(guī)律進(jìn)行分析與歸納。4、盾構(gòu)施工引起建筑物沉降控制技術(shù)分析：分析盾構(gòu)施工引起建筑物沉降的主要影響因素。闡述控制建筑物沉降的方法及其適用條件和優(yōu)缺點。工程實例分析與研究。5、結(jié)論和展望：談?wù)勛约簩Χ軜?gòu)下穿建筑物的理解，通過研究人們對盾構(gòu)下穿建筑物沉降的分析、控制和處理方法得出自己的結(jié)論以及對今后發(fā)展趨勢的展望。

3、對完善盾構(gòu)下穿建筑物沉降控制方法以保證施工安全，提出自己一家之言。院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱書學(xué)院： 專業(yè)：班級： 姓名： 題目：盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究專題題目：指導(dǎo)教師評語同學(xué)的論文：盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究。論文以北京地鐵常見的土壓平衡式盾構(gòu)施工法為背景，在閱讀國內(nèi)外盾構(gòu)工法及盾構(gòu)施工對建筑物的影響等相關(guān)文獻(xiàn)后，系統(tǒng)總結(jié)了盾構(gòu)施工引起地表沉降的機(jī)理，對盾構(gòu)下穿建筑物的沉降規(guī)律進(jìn)行了相關(guān)分析，同時研究了盾尾同步注漿等主要技術(shù)措施對控制周圍建筑物沉降的影響，這對盾構(gòu)下穿建筑物的安全施工有著一定的指導(dǎo)意義。論文篇幅完

4、全符合學(xué)校規(guī)定，內(nèi)容完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)，主要觀點突出，邏輯關(guān)系清楚，有一定個人見解。同學(xué)學(xué)習(xí)認(rèn)真，態(tài)度端正，時間安排合理，在規(guī)定時間內(nèi)完成畢業(yè)論文的全部工作，同意其進(jìn)行畢業(yè)答辯。成績： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱書學(xué)院 專業(yè) 班級班 學(xué)生姓名 題目：盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究專題題目：評閱教師評語 成績： 評閱教師簽名： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)（北京）2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及綜合成績學(xué)院：力學(xué)與建筑工程學(xué)院學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)：班級：題目：盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究專題題目：設(shè)計說明書（論文）： 頁，

5、 圖紙： 張， 其它材料：答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤回答不清答辯成績： 答辯小組長： 年 月 日指導(dǎo)教師評價成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日評閱教師評價成績： 評閱教師： 年 月 日答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任：年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評價成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：年 月 日摘 要盾構(gòu)法施工已成為我國城市地鐵、隧道施工中一種重要的施工方法。盾構(gòu)隧道施工對周圍地層產(chǎn)生擾動，從而引發(fā)地層位移，并主要表現(xiàn)為地面沉降以及由地面沉降引起的對周圍建筑物的影響。這是盾構(gòu)隧道設(shè)計與施工中非常關(guān)注的問題。雖然圍繞這一問題已做了不少的研究工作，但由于

6、地質(zhì)條件的復(fù)雜多變及施工參數(shù)的變化，使得研究成果具有一定的局限性。本文針對北京八號線二期第九標(biāo)段由安德里北街站到鼓樓大街站區(qū)間隧道盾構(gòu)施工引起的地面沉降的影響因素進(jìn)行了初步探討。系統(tǒng)地總結(jié)了盾構(gòu)施工引起地面沉降的機(jī)理，以及盾構(gòu)下穿建筑物沉降規(guī)律分析。主要研究盾尾注漿等主要技術(shù)措施對控制地表沉降以及周圍建筑物的影響，得出盾構(gòu)法施工引起的地表沉降規(guī)律。同時也總結(jié)了一些現(xiàn)場監(jiān)測的作用和地表沉降的控制方法。關(guān)鍵字：盾構(gòu)法；地表沉降；下穿建筑物；控制措施；監(jiān)測。abstractshield tunneling has become one of the most important methods in

7、 chinas urban subway and tunnel excavation. shield tunnel construction disturbance on the formation around and induced formation displacement, mainly presented as the influence on surrounding buildings which caused by land subsidence. it is the key issue in designing and construction of shield tunne

8、l. although there has been done some research on this problem, the limitation of the results couldnt be avoided because of the complicated geological conditions and the changing construction parameters.aiming at ninth tenders of the 8th line(by andrea north street station tunnel shield constructionp

9、rojectstothedrum tower streetstation)，this paper preliminary discussed the influencing factors those caused land subsidence and systematically summarized the mechanism of land subsidence caused by the construction and analysis the regular pattern of shield beneath the building settlement. it concent

10、rated on the influence of the surrounding buildings and the control of land subsidence which caused by the main measures, grouting at the tail for example, and got some regulation of that. here also summarized some effects of field monitoring and control methods of land subsidence. keywords: shield

11、tunnel; the surface settlement, undergoing the building, encouning measures; monitoring目 錄1 緒論12 盾構(gòu)及其工作原理22.1盾構(gòu)及其工作原理22.2 盾構(gòu)的分類：22.2.1按斷面形狀分類：22.2.2按支護(hù)地層的形式分類：32.2.3按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構(gòu)造分類：32.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造32.4現(xiàn)階段盾構(gòu)施工法主要內(nèi)容52.5盾構(gòu)的分類及其使用范圍62.6盾構(gòu)的選型依據(jù)72.7盾構(gòu)的發(fā)展和發(fā)展趨勢82.8盾構(gòu)在我國的發(fā)展與應(yīng)用92.8.1手掘式盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用；92.8.2網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)的開發(fā)與

12、應(yīng)用92.8.3插刀盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用102.8.4盾構(gòu)的引進(jìn)112.8.5國家“863”計劃122.8.6中國與國外的差距142.9 盾構(gòu)法施工的技術(shù)特點與盾構(gòu)法隧道的優(yōu)缺點143盾構(gòu)施工沉降問題的存在與提出173.1.盾構(gòu)施工問題的提出173.2對盾構(gòu)施工隆沉原因的簡單分析173.3盾構(gòu)施工而對土體的擾動特征193.4地層隆沉的發(fā)展過程193.5 地層隆沉的分布范圍233.6國內(nèi)外盾構(gòu)施工沉降分析及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀。244盾構(gòu)下穿建筑物規(guī)律與控制284.1盾構(gòu)下穿建筑物沉降問題的認(rèn)識與風(fēng)險284.1.1 盾構(gòu)下穿建筑物沉降問題的認(rèn)識284.1.2地表移動與變形對周圍建筑物的影響284.1.3

13、地表沉降控制基準(zhǔn)分析304.1.4盾構(gòu)下穿建筑物沉降導(dǎo)致的風(fēng)險324.2盾構(gòu)下穿建筑物沉降導(dǎo)致的風(fēng)險的控制334.3盾構(gòu)下穿建筑物時的沉降控制354.3.1 嚴(yán)格控制土艙平衡壓力354.3.2 嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)速度354.3.3加強(qiáng)對盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制364.3.4 嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量364.3.5 合理控制注漿材料配合比364.3.6 合理確定盾尾油脂用量374.3.7 正確選擇泡沫劑374.3.8 加強(qiáng)對盾構(gòu)機(jī)的維修保養(yǎng)374.3.9 加強(qiáng)對值班工程師及盾構(gòu)操作人員的培訓(xùn)374.3.10建筑物周邊止?jié){帷幕374.3.11建筑物條基及地基加固384.3.12動態(tài)跟蹤補(bǔ)償及抬升注漿384

14、.3.13 基礎(chǔ)加固注漿參數(shù)394.4盾構(gòu)下穿建筑物時的沉降監(jiān)測404.4.1 盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測的內(nèi)容404.4.2 盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測方法415.工程實例435.1工程簡介435.2下穿平房區(qū)概況445.3工程地質(zhì)概況445.4下穿平房區(qū)沉降控制要求465.5主要技術(shù)措施465.5.1掘進(jìn)姿態(tài)控制465.5.2土壓力控制及土體改良475.5.3嚴(yán)格控制同步注漿和二次注漿495.5.4多次補(bǔ)漿525.5.5出土量控制525.5.6盾尾間隙控制535.5.7下穿平房區(qū)施工措施535.5.7.1盾構(gòu)下穿平房區(qū)地層組段劃分535.5.7.2盾構(gòu)下穿平房區(qū)地層擬定參數(shù)545.5.7.3深孔注漿5

15、56 結(jié)論與展望57參考文獻(xiàn)59致 謝61英文原文62中文譯文641 緒論當(dāng)今是一個人類文明快速發(fā)展的時期。隨著經(jīng)濟(jì)、文化的進(jìn)步，人口增多，環(huán)境污染等問題也隨之而來。原本寬闊的馬路顯得擁堵不堪，騎車尾氣肆意排放。城市也以成為了擁擠，污染的代名詞?！暗罔F”地下鐵道，簡稱地鐵，亦簡稱為地下鐵，狹義上專指在地下運(yùn)行為主的城市鐵路系統(tǒng)或捷運(yùn)系統(tǒng)；但廣義上，由于許多此類的系統(tǒng)為了配合修筑的環(huán)境，可能也會有地面化的路段存在，因此通常涵蓋了都會地區(qū)各種地下與地面上的高密度交通運(yùn)輸系統(tǒng)。地鐵的出現(xiàn)緩解了城市擁堵，環(huán)境污染等等問題，是新時代交通的先行者。中國最為世界上最大的隧道及地下工程施工市場，前景廣闊。隨著

16、我國工程建設(shè)領(lǐng)域法制和法規(guī)的完善、對工程建設(shè)項目綜合效益的要求和環(huán)境保護(hù)意識的提高，對施工技術(shù)和管理的要求日漸提高。在建筑物密集的繁華市區(qū)和特殊地質(zhì)地形區(qū)段普遍要求采用淺埋暗挖法和盾構(gòu)法。盾構(gòu)法具有對周圍環(huán)境影響小、自動化程度高、施工快速、優(yōu)質(zhì)高效、安全環(huán)保等有點。隨著長距離、大直徑、大埋深、復(fù)雜斷面盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展和不斷成熟，盾構(gòu)法越來越受到重視和親睞。但是由于地質(zhì)條件和施工工藝的限制, 盾構(gòu)推進(jìn)過程對地表的改變是不可避免的,過大的地層損失, 可導(dǎo)致較大的地面沉降, 對地面建筑物、地下管線等設(shè)施產(chǎn)生不利影響甚至?xí)?dǎo)致破壞, 引起較大的經(jīng)濟(jì)損失。為此, 本文以理論研究與實際工程例子來說明,

17、闡述盾構(gòu)下穿建筑物沉降分析與控制技術(shù)研究。2 盾構(gòu)及其工作原理2.1盾構(gòu)及其工作原理：盾構(gòu)，其英文名為“shield machine”，是一種用于軟土隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖、土渣排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的機(jī)械（見圖2-1和2-2）。它是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)集機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體5，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能。盾構(gòu)的工作原理就是一個鋼結(jié)構(gòu)組件沿隧道軸線邊向前推進(jìn)邊對土壤進(jìn)行掘進(jìn)。這個鋼結(jié)構(gòu)組件的殼體稱“盾殼”，盾殼對挖掘出的還未襯砌的隧道起著臨時支護(hù)的作用，承

18、受周圍圖層的土壓、承受地下水的水壓以及將地下水擋在盾殼外面。掘進(jìn)、排土、襯砌等作業(yè)在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行。 圖2-1 盾構(gòu)的外形 圖2-2 盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)2.2 盾構(gòu)的分類：2.2.1按斷面形狀分類：單圓盾構(gòu)、復(fù)圓盾構(gòu)（多圓盾構(gòu)）、非圓盾構(gòu)。復(fù)圓盾構(gòu)和非圓盾構(gòu)統(tǒng)稱為“異形盾構(gòu)”（見圖2-3 2-4 2-5） 圖2-3 單圓盾構(gòu) 圖2-4 雙圓盾構(gòu) 圖2-5非圓盾構(gòu) 2.2.2按支護(hù)地層的形式分類：主要分為自然支護(hù)式、機(jī)械支護(hù)式、壓縮空氣支護(hù)式、泥漿支護(hù)式和土壓平衡支護(hù)式五種類型。2.2.3按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構(gòu)造分類：全敞開式、部分敞開式及閉胸式三種。2.3盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)機(jī)主要由：1）刀盤切

19、削系統(tǒng)；2）推進(jìn)系統(tǒng)；3）加泥注漿系統(tǒng)；4）螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)；5）管片拼裝系統(tǒng)；6）盾尾密封系統(tǒng)；7）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)；8）后配套設(shè)備及電器設(shè)備。以下分別簡單介紹盾構(gòu)機(jī)的各個部分：（1）刀盤切削系統(tǒng)：刀盤采用中心支撐或中間支撐或兩邊支撐方式，由盤體、切削刀、仿形刀、傳動箱、集中潤滑等系統(tǒng)組成。掘進(jìn)時，刀盤直接與開挖面接觸并旋轉(zhuǎn)切削土體，切削下來的土體在密封艙內(nèi)與外加泥或水充分?jǐn)嚢?，使之成為可塑、滲透性極小的泥土，并保持一定的動態(tài)平衡壓力，控制開挖面土體不塌陷和地面不發(fā)生較大降沉。（2）推進(jìn)系統(tǒng)：盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)是靠設(shè)置在支撐環(huán)內(nèi)側(cè)的盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏ψ饔迷诠芷?，進(jìn)而通過管片產(chǎn)生反推動力使盾構(gòu)前進(jìn)的

20、。 （3）加泥注漿系統(tǒng)：注漿分為同步注漿、管片二次注漿和堵水注漿三種，其中同步注漿效果直接影響到地面沉降。同步注漿系統(tǒng)可根據(jù)地層與地面構(gòu)筑物狀況，進(jìn)行雙液或單液注漿。注漿壓力和注漿量均可自由設(shè)定與調(diào)節(jié)。此外，還配有一套注漿管路清洗系統(tǒng)，從而保證襯背注漿系統(tǒng)正常使用。（4）螺旋輸送機(jī)：螺旋輸送機(jī)采用液壓驅(qū)動，可根據(jù)密封艙內(nèi)土壓力伺服控制，是控制密封艙內(nèi)保持一定土壓與開挖面土壓和水壓平衡的關(guān)鍵。螺旋輸送機(jī)還設(shè)有斷電緊急關(guān)閉出土口裝置，以保證隧道的施工安全。（5）管片拼裝系統(tǒng)：用于隧道管片拼裝。該設(shè)備可實現(xiàn)繞軸向回轉(zhuǎn)、徑向提升和軸向等三個自由度的移動，由回轉(zhuǎn)盤體、懸臂梁、提升橫梁、舉重鉗，以及千斤頂

21、等組成。（6）盾尾密封系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)型式為三排二室鋼絲刷。采用電動油脂泵注入油脂，每推進(jìn)一環(huán)注入一次，可保證盾尾在壓力下不滲漏。（7）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)：采用plc系統(tǒng)，可對挖掘數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、數(shù)值運(yùn)算、邏輯控制、故障報警、實時畫面顯示與數(shù)據(jù)輸出等管理工作。（8）后配套設(shè)備：配套設(shè)備主要由以下幾部分組成：管片運(yùn)輸設(shè)備、四節(jié)后配套臺車及其上面安裝的盾構(gòu)機(jī)操作所需的操作室、電氣部件、液壓部件、注漿設(shè)備、泡沫設(shè)備、膨潤土設(shè)備、循環(huán)水設(shè)備及通風(fēng)設(shè)備等。（9）電氣設(shè)備：盾構(gòu)機(jī)電氣設(shè)備包括電纜卷筒、主供電電纜、變壓器、配電柜、動力電纜、控制電纜、控制系統(tǒng)、操作控制臺、現(xiàn)場控制臺、螺旋輸送機(jī)后部出土口監(jiān)視器、電機(jī)

22、、插座、照明、接地等。 2.4現(xiàn)階段盾構(gòu)施工法主要內(nèi)容盾構(gòu)法是一項綜合性的隧道施工技術(shù)。隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術(shù)和施工管理的總稱。隧道施工方法的選擇主要依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并結(jié)合隧道斷面尺寸、長度、襯砌類型、隧道的使用功能和施工技術(shù)水平等因素綜合考慮研究確定。盾構(gòu)法施工的概念流程如圖2-6所示。圖2-6 盾構(gòu)法施工流程示意圖 1盾構(gòu)； 2盾構(gòu)千斤頂； 3盾構(gòu)正面網(wǎng)格； 4一一出土轉(zhuǎn)盤； 5一出土皮帶運(yùn)輸機(jī)； 6管片拼裝機(jī)； 7管片； 8壓漿泵； 9一壓漿孔； 10出土機(jī)； 11由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)； 12在盾尾空隙中的壓漿； 13后盾裝置； 14豎井構(gòu)成盾

23、構(gòu)法的主要內(nèi)容是：先在隧道某段的一端建造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁預(yù)留孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計預(yù)留孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制襯砌，再傳到豎井或基坑的后靠壁上。盾構(gòu)是一個能支承地層壓力，又能在地層中推進(jìn)的圓形、矩形、馬蹄形及其他特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)，其直徑稍大于隧道襯砌的直徑，在鋼筒的前面設(shè)置各種類型的支撐和開挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)安裝頂進(jìn)所需的千斤頂，鋼筒尾部是具有一定空間的殼體，在盾尾內(nèi)可以安置數(shù)環(huán)拼成的隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝一環(huán)襯砌，并及時向盾尾后面的

24、襯砌環(huán)外周的空隙中壓注漿體，以防止隧道及地面下沉，在盾構(gòu)推進(jìn)過程中不斷從開挖面排出適量的土方。盾構(gòu)是進(jìn)行土方開挖正面支護(hù)和隧道襯砌結(jié)構(gòu)安裝的施工機(jī)具，它還需要其它施工技術(shù)密切配合才能順利施工。主要有：地下水的降低；穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道襯砌結(jié)構(gòu)的制造；地層的開挖；隧道內(nèi)的運(yùn)輸；襯砌與地層間的充填；襯砌的防水與堵漏；開挖土方的運(yùn)輸及處理方法；配合施工的測量、監(jiān)測技術(shù)；合理的施工布置等。2.5盾構(gòu)的分類及其使用范圍盾構(gòu)是修建隧道的正面支護(hù)掘進(jìn)和襯砌拼裝的專用機(jī)具，盾構(gòu)類型的區(qū)別主要是盾構(gòu)正面對土體支護(hù)開挖的方法工藝不同而言。為此盾構(gòu)的種類按其結(jié)構(gòu)特點和開挖方法來分，主要可

25、分為四大類，即手掘式盾構(gòu)、擠壓式盾構(gòu)、半機(jī)械式盾、構(gòu)機(jī)械式盾構(gòu)。(1)手掘式盾構(gòu)是結(jié)構(gòu)最簡單、配套設(shè)備少、因而造價也最低，制造工期短。其開挖面可以根據(jù)地質(zhì)條件決定，全部敞開式或用正面支撐開挖，一面開挖一面支撐。在松散的砂土地層，可以按照土的內(nèi)摩擦角大小將開挖面分為幾層，這時的盾構(gòu)就被稱為棚式盾構(gòu)。在地質(zhì)條件良好的工程中得到廣泛應(yīng)用。(2)擠壓式盾構(gòu)的開挖面用胸板封起來，把土體擋在胸板外，對施工人員是比較安全、可靠，沒有塌方的危險，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時，讓土體從胸板局部開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運(yùn)，不必用人工挖土，勞動強(qiáng)度小，效率也成倍提高。在特定條件下可將胸板全部封閉推進(jìn)，那就是全擠壓推進(jìn)。擠壓式盾

26、構(gòu)僅適用于松軟可塑的粘性土層，適用范圍較狹窄。在擠壓推進(jìn)時對地層土體擾動較大，地面產(chǎn)生較大的隆起變形，所以在地面有建筑物的地區(qū)不能使用，只能在空曠的地區(qū)或江河底下、海灘處等區(qū)域。(3)半機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)正面裝上機(jī)械來代替人工開挖，根據(jù)地層條件，可以安裝反鏟挖土機(jī)或螺旋切削機(jī)。土體較硬可安裝軟巖掘進(jìn)機(jī)。半機(jī)械式盾構(gòu)的適用范圍基本上和手掘式一樣，其優(yōu)點除可減輕工人勞動強(qiáng)度外，其余均與手掘式相似。(4)機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)的切口部分裝上一個與盾構(gòu)直徑一般大小的大刀盤，用它來實現(xiàn)盾構(gòu)施工的全斷面切削開挖。當(dāng)?shù)貙油临|(zhì)好，能自立或采用輔助措施亦能自立，則可用開胸式的機(jī)械盾構(gòu)，反之如地層土質(zhì)差，

27、又不能采用其它地層加固方法，此時，采用閉胸機(jī)械式盾構(gòu)比較合適.2.6盾構(gòu)的選型依據(jù)盾構(gòu)法施工的地層都是復(fù)雜多變的，因此對于復(fù)雜的地層要選用較為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)是當(dāng)前的一個難題。在選擇盾構(gòu)時，不僅要考慮到地質(zhì)情況、盾構(gòu)的外徑、隧道的長度、工程的施工程序、勞動力情況等，而且還要綜合研究工程施工環(huán)境、基地面積、施工引起對環(huán)境的影響程度等。選擇盾構(gòu)的種類要求掌握不同盾構(gòu)的特征，同時，還要逐個研究以下項目：(1) 開挖面有無障礙物；(2) 氣壓施工時開挖面能否自立穩(wěn)定；(3) 用氣壓其它輔助施工法后開挖面能否穩(wěn)定；(4) 擠壓推進(jìn)、切削土加壓推進(jìn)時，開挖面能否自立穩(wěn)定；(5) 開挖面在加水壓、泥壓、泥水壓作用

28、下，能否自立穩(wěn)定； 2.7盾構(gòu)的發(fā)展和發(fā)展趨勢2.7.1盾構(gòu)機(jī)問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發(fā)展于日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構(gòu)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)，如盾構(gòu)機(jī)的有效密封，確保開挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi)，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質(zhì)如高水壓條件的處理技術(shù)等方面的探索和研究解決，使盾構(gòu)機(jī)有了很快的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國外盾構(gòu)機(jī)的主要制造廠有18家，集中在日本和歐美，如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、石川島播磨重工，德國的海瑞克公司、維爾特公司，美國的羅賓斯公司，加拿大的羅法特公司等。各個廠家可以根據(jù)不同

29、的地質(zhì)條件和不同的工程對象，以及使用單位的不同要求，設(shè)計、生產(chǎn)出不同直徑、不同類型、以及有特殊要求的盾構(gòu)機(jī)，以滿足用戶的需要，其工藝和設(shè)備先進(jìn)。在發(fā)達(dá)國家,使用盾構(gòu)施工已占隧道總量的90%以上。國外盾構(gòu)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：一是以brunel盾構(gòu)為代表的手掘式盾構(gòu)；二是以機(jī)械式、氣壓式盾構(gòu)為代表的第二代盾構(gòu)；三是以閉胸式盾構(gòu)為代表（泥水加壓平衡式、土壓平衡式）的第三代盾構(gòu)；四是以大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)。2.7.2盾構(gòu)的發(fā)展趨勢，國際上盾構(gòu)技術(shù)日趨完善，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展趨勢是微型和超大型化、形式多樣化、高度自動化和高適應(yīng)性。2.8盾構(gòu)在我國的發(fā)展與應(yīng)用2.8.1手

30、掘式盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用；我國盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建了直徑2.6m的輸水巷道。1962年2月，上海城建局隧道工程公司結(jié)合上海軟土底層對盾構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究。研制了一臺直徑4.16m的手掘式普通敞胸盾構(gòu)，兩種有代表性的底層進(jìn)行掘進(jìn)實驗，用降水或氣壓來穩(wěn)定粉砂層及軟粘土層。在經(jīng)過反復(fù)論證和地面試驗后，選用由螺栓連接的單層鋼筋混凝土管片作為隧道襯砌，環(huán)氧煤焦油作為接縫防水材料。隧道掘進(jìn)長度68m，實驗獲得了成功，并采集了大量的盾構(gòu)法隧道數(shù)據(jù)資料。2.8.2網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用1965年3月，有上海隧道工程設(shè)計院設(shè)計、江南造船廠制造的2臺直徑5.8m的網(wǎng)格擠

31、壓盾構(gòu)，于1966完成了2條平行的隧道，隧道長660嗎，地面最大沉降達(dá)10cm。1966年5月，中國第一條水底公路隧道上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程設(shè)計院設(shè)計、江南造船廠制造的直徑10.22m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)施工（圖2-7），輔以氣壓穩(wěn)定開挖面，在水深16m的黃浦江底順利掘進(jìn)隧道，掘進(jìn)總長度1322m。打浦路隧道于1970年底通車。此次所用的網(wǎng)格盾構(gòu)有所改進(jìn)，敞開式施工可轉(zhuǎn)換為閉胸式施工。圖2-7 網(wǎng)格擠壓盾構(gòu) 1973年，采用一臺直徑3.6m的水力機(jī)械化出土網(wǎng)格盾構(gòu)和2臺直徑4.3m的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)，在上海金山石化總廠修建了1條污水排放隧道和2條引水隧道。1980年，上海市進(jìn)行

32、了地鐵1號線試驗段施工，研制了1臺直徑6.412m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)，采用泥水加壓和局部氣壓施工，在淤泥質(zhì)粘土底層中掘進(jìn)隧道1130m。1982年，上海外灘的延安東路北線越江隧道工程1476m圓形主隧道采用上海隧道股份設(shè)計、江南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格擠壓水力出土盾構(gòu)施工2.8.3插刀盾構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用1986年，中鐵隧道集團(tuán)研制出半斷面插刀盾構(gòu)（圖2-8），并成功用于修建北京地鐵復(fù)興門折返線。半斷面插刀盾構(gòu)將“盾構(gòu)法”與“淺埋暗挖法”緊密結(jié)合，取消了小導(dǎo)管超前注漿，在盾構(gòu)殼體和尾板的保護(hù)下，進(jìn)行地鐵隧道上半斷面的開挖。半斷面插刀盾構(gòu)能全液壓傳動、電控操作、可自行推進(jìn)、轉(zhuǎn)向、調(diào)頭。能有效控制地面

33、沉降，減輕工人勞動強(qiáng)度，施工速度較快，日均進(jìn)尺達(dá)34m。圖2-8 半斷面插刀盾構(gòu)（1986年） 2.8.4盾構(gòu)的引進(jìn)1990年，上海地鐵1號線工程全線開工，18km區(qū)間隨到引進(jìn)了7臺由法國fcb公司制造的6.34m土壓平衡盾構(gòu)。1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長1300m，采用從日本引進(jìn)的11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)施工（圖2-9）圖2-9 11.22m 日本泥水盾構(gòu)2.8.5國家“863”計劃1）土壓平衡盾構(gòu)的開發(fā)2002年8月，國家科技部將6.3m土壓平衡盾構(gòu)的研究設(shè)計列入國家“863”計劃。通過公開招標(biāo)，第一批3項設(shè)計課題分別由國內(nèi)盾構(gòu)設(shè)計、制造與施工的兩家優(yōu)勢企業(yè)中鐵隧道集團(tuán)有

34、限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔(dān)。在國家“863”計劃的引導(dǎo)下，中鐵隧道集團(tuán)完成了6.3m土壓平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、盾構(gòu)控制原理流程圖設(shè)計、盾構(gòu)液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、流體輸送系統(tǒng)以及元器件的選型；完成了盾構(gòu)系統(tǒng)刀具的研究設(shè)計、開發(fā)與制造，完成了盾構(gòu)泡沫添加劑、盾尾密封油脂的開發(fā)應(yīng)用研究，并實現(xiàn)了產(chǎn)品化。2004年7月15日，中鐵隧道集團(tuán)研制的刀盤（圖2-10）及刀具。2005年3月26日，上海地鐵2號線成功貫通，標(biāo)著著中鐵隧道集團(tuán)承擔(dān)的“863”計劃土壓平衡盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究取得階段性成果。圖2-10 中隧集團(tuán)研制的刀盤成功用于上海地鐵2004年5月，中鐵隧道集團(tuán)有限公司與日本小松公司聯(lián)合制

35、造了1臺6.3m土壓平衡盾構(gòu)（圖2-11）圖2-11中鐵隧道集團(tuán)與小松聯(lián)合制造的土壓盾構(gòu)2008年4月研制成功了我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)（圖2-12） 圖2-12 國內(nèi)首臺復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)2.8.6中國與國外的差距雖然中國在盾構(gòu)的研制方面已有了一定的成功經(jīng)驗和技術(shù)積累，但仍然存在大量的技術(shù)問題，盾構(gòu)電液控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)相對滯后。目前，國產(chǎn)中小型盾構(gòu)電液系統(tǒng)主要元器件，如液壓泵、液壓馬達(dá)、高性能電液控制器等幾乎全部依賴進(jìn)口。液壓技術(shù)已經(jīng)成為制約中國盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸之一。長期以來我國采用盾構(gòu)法施工的隧道掘進(jìn)機(jī)幾乎全部依賴于進(jìn)口，其中德國和日本多家盾構(gòu)制造商在中國市

36、場的占有率超過了90%。處于絕對壟斷地位。目前，國內(nèi)除中鐵隧道集團(tuán)和上海隧道股份公司自主制造盾構(gòu)外，其它廠商制造的國產(chǎn)盾構(gòu)均以合資生產(chǎn)面目出現(xiàn)，采用的合作方式是“國外設(shè)計，關(guān)鍵件進(jìn)口，鋼結(jié)構(gòu)件國內(nèi)加工，整機(jī)在國內(nèi)組裝出場。”2.9 盾構(gòu)法施工的技術(shù)特點與盾構(gòu)法隧道的優(yōu)缺點盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)在地面以下進(jìn)行暗挖隧道的一種施工方法，盾構(gòu)法施工的主要技術(shù)特點如下：（1）對城市的正常功能及周圍環(huán)境的影響很小。除盾構(gòu)豎井處需要一定是施工場地以外，隧道沿線不需要施工場地，無需進(jìn)行拆遷而對城市的商業(yè)、交通、住居影響很小。（2）盾構(gòu)是根據(jù)隧道施工對象“量身定做”的。盾構(gòu)是適合于某一區(qū)間隧道的專用設(shè)備，必須根據(jù)施工

37、隧道的斷面大小、埋深條件、圍巖的基本條件進(jìn)行設(shè)計、制造或改造。當(dāng)將盾構(gòu)轉(zhuǎn)用于其他區(qū)間或其他隧道時，必須考慮斷面大小、開挖面穩(wěn)定機(jī)理、圍巖粒徑大小等條件是否相同，有差異時要進(jìn)行針對性的改造，以適應(yīng)其他地質(zhì)條件。盾構(gòu)必須以工程為依托，與工程地質(zhì)緊密結(jié)合。（3）對施工精度的要求高。區(qū)別于一般的土木工程，盾構(gòu)施工對精度的要求非常之高。管片的制作精度幾乎近似于機(jī)械制造的程度，由于斷面不能隨意調(diào)整，對隧道軸線的偏離、管片拼裝精度也有很高的要求。（4）盾構(gòu)施工時是不可后退的。盾構(gòu)施工一旦開始，盾構(gòu)就無法后退。由于管片內(nèi)徑小于盾構(gòu)外徑，如果要后退必須拆除已拼裝的管片，這是非常危險的。盾構(gòu)法隧道具有的優(yōu)點如下：

38、 （1）在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工。（2）盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌拼裝等可實行自動化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制信息化，掘進(jìn)速度較快，施工勞動強(qiáng)度較低。（3）地面人文自然景觀受到良好的保護(hù)，周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾；在松軟地層中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑速度，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、軍事等方面的優(yōu)越性。盾構(gòu)隧道施工法的缺點是：（1）盾構(gòu)械造價較昂貴，隧道的襯砌、運(yùn)輸、拼裝、機(jī)械安裝等工藝較復(fù)雜。（2）在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風(fēng)險大。（3）需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供應(yīng)、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水

39、及堵漏、施工測量、場地布置、盾構(gòu)轉(zhuǎn)移等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)難。（4）建造短于750m的隧道經(jīng)濟(jì)性差；對隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時，施工難度大.3盾構(gòu)施工沉降問題的存在與提出3.1.盾構(gòu)施工問題的提出 我們的世界進(jìn)入了告訴發(fā)展的階段，人口增多，交通擁擠，環(huán)境污染。這些實實在在的問題一直困擾著我們，隨之而來的是人們的聰明才智高度的運(yùn)用于社會的各個方面。地鐵也應(yīng)運(yùn)而生，盾構(gòu)法是今后城市地鐵隧道的主要施工方法。我國雖然在盾構(gòu)法隧道施工方面已取得了一定的技術(shù)積累，但在與之相關(guān)的地質(zhì)工程領(lǐng)域內(nèi)，仍然存在許多尚待解決的理論和技術(shù)問題。盾構(gòu)法施工定將成為今后城市地鐵隧道的主要施工方法。盾構(gòu)在軟土

40、層中進(jìn)行掘進(jìn)施工，會引起底層移動而導(dǎo)致不同程度的地面和隧道沉降，當(dāng)沉降達(dá)到一定程度時就會影響地面建筑、地下設(shè)施和隧道本身的正常使用。因而，對于地面沉降的范圍以及沉降量得估算就成為國內(nèi)外不得不關(guān)注的問題了。3.2對盾構(gòu)施工隆沉原因的簡單分析盾構(gòu)法隧道施工引起的地面沉降有以下幾點原因：(1)由于推進(jìn)量和排水量不等的原因，開挖面水壓力與土倉內(nèi)水壓力產(chǎn)生不平衡，導(dǎo)致開挖面失去平衡狀態(tài)，從而發(fā)生地基變形。開挖面水土壓力小于土倉水土壓力時產(chǎn)生地基下沉，大于壓力倉時產(chǎn)生地基隆起。(2)土體因地下水位下降。來自開挖面的涌水或管片漏水時，地下水下降使地基的有效應(yīng)力增加，引起固結(jié)沉降而使地基下沉。(3)即由于開挖

41、卸荷土體發(fā)生彈性或塑性變形而導(dǎo)致的沉降，發(fā)生在盾構(gòu)刀盤到達(dá)切口前3 m至切口后l m處(4)盾構(gòu)推進(jìn)時，由于盾構(gòu)的殼板與圍巖摩擦和圍巖的擾動從而引起地基下沉或隆起。特別是蛇形修正和曲線推進(jìn)時的超挖是引起圍巖松動的原因。(5)盾構(gòu)通過時，即由于盾殼和土層間的摩擦剪切力導(dǎo)致土體向盾尾空隙后移而發(fā)生的彈塑性變形，發(fā)生在盾尾通過切口后1m至盾尾脫出處。(6)盾尾空隙沉降，即由于尾部空隙增加且沉陷、底土擾動而發(fā)生的沉降，發(fā)生在盾尾脫出至繼續(xù)推進(jìn)1m處。(7)同步注漿和二次注漿沒有掌握好注漿壓力?；蛘邼{液質(zhì)量不過關(guān)，導(dǎo)致土體沉降。(8)管片的變形和變位。管片螺栓緊固不足時，管片容易變形，盾尾空隙的實際量增

42、大，盾尾脫出后外壓不均等使管片變形和變位，從而增大地基下沉。(9)長期延續(xù)沉降，即由于土體蠕變產(chǎn)生的塑性變形導(dǎo)致的沉降，發(fā)生在盾尾通過后約100h。由此可見，地面沉降主要是彈塑性剪切變形、主固結(jié)變形和蠕變壓縮變形三者疊加而成。(10) 水壓力的合力是一種向上的浮力, 若拱頂處豎向土壓力和自重(靜荷載)的合力大于浮力，其差值將是作用在隧道底的豎向土壓力(地基抗力)。若浮力大于拱頂豎向土壓力和自重的合力, 隧道將可能浮起, 須施作二次襯砌以增加隧道重量或在地面堆載的措施。凈水壓力（如圖3-1）圖3-1 凈水壓力 3.3盾構(gòu)施工而對土體的擾動特征 1土層距隧道垂直距離越遠(yuǎn)，土體擾動越小；距隧道垂直距

43、離越近，土體擾動程度越大。也就是說隨著與隧道垂直距離加大，土體擾動程度呈現(xiàn)衰減性，土體擾動范圍則呈現(xiàn)擴(kuò)散性的特點。2在盾構(gòu)前方主體擾動存在同3.3.1的規(guī)律，隨著與盾構(gòu)水平距離的增大而呈現(xiàn)衰減性和擴(kuò)散性的特點。3盾構(gòu)對前方土體的擠壓擾動程度大于對側(cè)向土體的剪切擾動程度。3.4地層隆沉的發(fā)展過程盾構(gòu)推進(jìn)引起的地面沉降按地表沉降變化可分為初期沉降、開挖面沉降(或隆起)、尾部沉降、尾部空隙沉降和長期延續(xù)沉降等五個階段。 (1)初期沉降 它是指當(dāng)盾構(gòu)開挖面到達(dá)某一測量位置之前，也就是在盾構(gòu)推進(jìn)前方的土體滑裂面以外產(chǎn)生的沉降。因初期沉降的量較小，而且不是所有的盾構(gòu)施工工程都會發(fā)生的，所以一般不被人們覺察

44、。據(jù)部分實測資料分析斷定，初期沉降是由于固結(jié)沉降所引起的，其中包括盾構(gòu)施工所引起的地下水(或孔隙水)的下降。 (2)開挖面沉降(或隆起) 它是指開挖面到達(dá)某一測量位置時，在它正前方的那部分地面沉降。不同盾構(gòu)類型構(gòu)成不同的隧道開挖方式。由于推進(jìn)各種參數(shù)(如盾構(gòu)推進(jìn)速度、最大推力等)的差異，使開挖面的土體應(yīng)力狀態(tài)也截然不同，這便形成了覆蓋層的土壓增加或應(yīng)力釋放。國際上一般用超載系數(shù)ofs來衡量開挖面土體的穩(wěn)定性。開挖面的超載系數(shù)越大土的自立性就越差，開挖面向盾構(gòu)方向的位移量或土體損失量也就越大，開挖面的沉降因此而產(chǎn)生。超載系數(shù)ofs與開挖面土體損失的關(guān)系見圖3-3所示。圖3-3 超載系數(shù)與土體流失

45、的關(guān)系圖 當(dāng)超載系數(shù)小于1時，開挖面為彈性變形，土體損失小于l；當(dāng)超載系數(shù)大于l，小于4時，開挖面為彈塑性變形，土體損失在24之間；當(dāng)超載系數(shù)大于5時，開挖面為塑性變形，土體損失大于4。如果開挖面的垂直應(yīng)力小于開挖面的支承力，超載系數(shù)為負(fù)值時，開挖面土體向著盾構(gòu)的反方向位移，地面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。(3)尾部沉降 它是指盾構(gòu)通過時產(chǎn)生的地面沉降。在整個盾構(gòu)推進(jìn)過程中，受到三個力的作用。它們是總推力、表面摩擦阻力及正面土壓力。按理論計算，總推力的表達(dá)式為： ps=po+ri (式3) 式中 ps 盾構(gòu)總推力 po 正面土壓力 ri 表面摩擦阻力 表面摩阻力可根據(jù)摩擦樁的表面摩阻力求法得出： ri=ht

46、g (式4) 式中 土的密度h 隧道的平均埋深(指地面至隧道中心的距離) 土的有效摩阻角由于盾殼與地層之間的摩擦阻力作用，必然會產(chǎn)生一個滑動面。臨近滑動面的土層中就會產(chǎn)生剪切應(yīng)力，當(dāng)盾構(gòu)剛通過受剪切破壞的地層時，因受剪切而產(chǎn)生的拉應(yīng)力導(dǎo)致土壤立刻向盾構(gòu)后的空隙移動。要保持盾構(gòu)能與隧道軸線一致，在推進(jìn)過程中盾構(gòu)所經(jīng)之處必須壓縮一部分土壤，松馳另一部分的土壤。壓縮的部分抵擋了盾構(gòu)的偏離，而松馳的部分則帶來了地面沉降。(4)盾尾空隙沉降 它發(fā)生在盾尾部通過之后。引起沉降的原因是因為盾構(gòu)尾部空隙增加使得地表沉陷，隧道周圍土層被擾動。在土力學(xué)上表現(xiàn)為，土的應(yīng)力釋放，密實度下降。一般盾構(gòu)的外徑要比隧道襯砌

47、的外徑大2。這里有兩個原因：首先盾殼材料有一定的厚度；其次是由于施工需要，使盾殼內(nèi)與襯砌間必須留有一定的空隙。這些“建筑空隙”如不及時地充填，就會被周圍土體占領(lǐng)，最終形成較大的地面沉降。(5)長期延續(xù)沉降 它是指盾構(gòu)通過后在相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍延續(xù)著的沉降。圖3-4是即時沉降和長期延續(xù)沉降的比較直方圖。它較好地證實了以上觀點。在粘土中，長期延續(xù)沉降明顯大于砂質(zhì)地基。因此，這類沉降歸結(jié)于地基土的徐變特性的塑性變形。該階段的沉降起因是、土層的本身性質(zhì)和隧道周圍土體受撓動。它的滯后時間與盾構(gòu)的種類、地質(zhì)條件、施工質(zhì)量等因素有關(guān)。圖3-4 即時沉降和長期延續(xù)沉降的比較直方圖3.5 地層隆沉的分布范圍地面

48、沉降的分布模塊是三維的(見圖3-5)。隨著盾構(gòu)推進(jìn)，所設(shè)的觀測點處的沉降量逐漸增加，沉降區(qū)域的寬度也日趨擴(kuò)展。圖3-5 粘土地基變形模型圖僅僅考慮垂直位移，地面沉降在沿隧道軸線的橫段面上一般呈正態(tài)分布曲線。在粘性土中，沉降的增量實質(zhì)上是相等的，而且在豎直方向上擴(kuò)展速度也是均勻的。但是，對于砂性土來說，沉降增量及擴(kuò)展速度的最大值出現(xiàn)在隧道頂部， 并且朝著地表突然減少。這種現(xiàn)象提示：粘土土層中，盾構(gòu)周圍的土層如同一塊土體一樣是逐漸變形的；而砂土中，盾構(gòu)周圍的土體卻是局部而又?jǐn)嗬m(xù)地塌落。這種區(qū)別反映出各種性質(zhì)的土體成拱能力。3.6國內(nèi)外盾構(gòu)施工沉降分析及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀。盾構(gòu)穿越既有地鐵線路、下穿淺

49、基礎(chǔ)建筑或文物保護(hù)建筑等這類對沉降要求非常敏感的區(qū)段, 對沉降控制要求很高。因此, 盾構(gòu)掘進(jìn)施工前掌握不同地層的沉降規(guī)律, 制定完善的施工控制措施, 確保穿越區(qū)域地面沉降不超過控制標(biāo)準(zhǔn), 顯得非常重要。盾構(gòu)施工沉降實質(zhì)上是隧道施工引起的地層位移問題。擾動的影響范圍和程度取決于很多因素, 包括盾構(gòu)型式、地層性質(zhì)、地下水位、隧道上部荷載、施工參數(shù)(如土倉壓力、刀盤扭矩、推力、出土量、注漿量、注漿壓力、盾尾間隙等)、施工管理以及其他施工條件, 其機(jī)理非常復(fù)雜。 國內(nèi)外許多專家學(xué)者對隧道施工引起的地基變位問題進(jìn)行了深入的研究。peck在分析大量地表沉降觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了地表沉降槽符合正態(tài)分布曲線

50、的概念,如圖5-1所示。他認(rèn)為地層變形由地層損失引起,施工引起的地面沉降是在不排水的條件下發(fā)生的,從而假定地表沉降槽體積等于地層損失體積。于是，他結(jié)合采礦引起地面位移的估算方法，提出了隧道施工沉降槽的形狀近似與概率論中正態(tài)分布曲線，（如圖3-8）。圖3-8隧道施工地面沉降曲線1981年，英國durham大學(xué)教授attewell也假定沉降槽的曲線形式為正態(tài)分布曲線，他提出了下列的公式： （3-4）式中： ：為常數(shù)，粘土取1；砂土取0.63-0.82 ：常數(shù)，粘土1；砂土取0.36-0.97：隧道中心埋深：隧道半徑smax:地面最大沉降量1982年，oreilly-new氏對英國粘土地層的11處1

51、9例及回填土地層的6處16例工程實測數(shù)據(jù)加以回歸分析，提出了沉降槽的寬度和隧道埋深的關(guān)系式：在粘性土層中，；在砂性土層：， 單位為米。為了實際使用的方便，將上面兩個槽寬簡化為： （5-6）其中k為常數(shù)，粘土取0.5；砂土取0.25室內(nèi)模擬實驗是指在實驗室內(nèi)針對某一工程具體條件，依照相似理論建立模型，進(jìn)行模擬分析，然后得出地層運(yùn)動規(guī)律的研究方法。4盾構(gòu)下穿建筑物規(guī)律與控制4.1盾構(gòu)下穿建筑物沉降問題的認(rèn)識與風(fēng)險4.1.1 盾構(gòu)下穿建筑物沉降問題的認(rèn)識由于城市地下軌道交通的建設(shè)多處于市區(qū)的繁華地段，周圍密集的建筑物群和分布復(fù)雜的地下管線，且不乏具有一定歷史價值的風(fēng)貌建筑物，這些都增添了施工的難度.

52、盾構(gòu)法以高效的施工效率、靈活的地層適應(yīng)性和對周圍地層及其鄰近的既有建筑影響小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在城市地鐵工程中.采用盾構(gòu)法施工，不但要對盾構(gòu)隧道施工本身的安全加以考慮，而且更應(yīng)對盾構(gòu)推進(jìn)過程中周圍環(huán)境的影響加以考慮. 由于盾構(gòu)施工中地層的開挖不可避免地對土體產(chǎn)生擾動并使得隧道周圍地表發(fā)生位移和變形，當(dāng)位移和變形超過某一極值時，必將危及周圍地面上的既有建筑、道路設(shè)施和地下管線等的安全使用. 因此，加強(qiáng)對城市軌道交通工程盾構(gòu)過程中地表沉降問題的研究，準(zhǔn)確預(yù)見盾構(gòu)施工中可能發(fā)生的地面上鄰近既有建筑物的沉降和變形，確保鄰近既有建筑物、構(gòu)筑物的安全性和正常使用性，以及軌道工程自身的安全和順利施工都具有十

53、分重要的意義.4.1.2地表移動與變形對周圍建筑物的影響 在隧道施工的過程中，地層應(yīng)力狀態(tài)隨之改變，相應(yīng)地，地表和地層將會發(fā)生移動和變形。通常情況下，隧道施工所產(chǎn)生的是快速變形，即在較短時間內(nèi)引起較大位移，這將對周邊建筑物造成更大的危害。 直接開挖損害和間接開挖損害是隧道周邊構(gòu)筑物損害的兩種方式。直接開挖損害是指在離隧道開挖較近范圍內(nèi)對象所受的損害。另外，在離開挖范圍較遠(yuǎn)的地方，也有開挖影響的存在，例如開挖周邊大范圍地下水變化產(chǎn)生的影響，這種影響稱為間接開挖損害。通常情況下，有以下幾種形式的開挖損害:地表沉降損害 當(dāng)?shù)乇砭鶆虺两禃r，周邊構(gòu)筑物整體也會產(chǎn)生均勻下沉。一般情況下，較小的均勻下沉不會對構(gòu)筑物的正常使用帶來大的影響，但當(dāng)沉降量較大時，而構(gòu)筑物所處環(huán)境的地下水位又淺時，會對建筑物的正常使用產(chǎn)生影響，另外，如果建筑物地基長時間被水浸泡，其強(qiáng)度會降低，這對建筑物的長期使用是不利的。地表傾斜損害 地層均勻沉降不會對地面構(gòu)筑物造成嚴(yán)重的危害，但不均勻沉降會對構(gòu)筑物產(chǎn)生較大影響，這是因為不均勻沉降導(dǎo)致地面原始坡度發(fā)生改變，這對于底面