超深覆土下盾構(gòu)穿越軟硬不均地層的土壓力設(shè)定.docx

1、超深覆土下盾構(gòu)穿越軟硬不均地層的土壓力設(shè)定【摘要】：結(jié)合上海軌道交通12號(hào)線復(fù)興島站利津路站區(qū)間的施工，分析、總結(jié)了盾構(gòu)在上硬卜.軟地層中推進(jìn)時(shí)的土壓力設(shè)定的一些方法、經(jīng)驗(yàn)【關(guān)鍵詞】：土壓力、軟硬不均、盾構(gòu)姿態(tài)1前言上海城市軌道交通己經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，施工技術(shù)日趨成熟，但此前由丁城市地下空間利用率不高，地下空間開(kāi)發(fā)的條件相對(duì)較好，此前的盾構(gòu)法隧道的施工絕大部分位于淺層地下空間內(nèi)，城市軌道交通建設(shè)中涉及的盾構(gòu)法隧道其埋深普遍在20mo隨著地下空間開(kāi)發(fā)的日趨飽和，對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)逐步向深層地下空間發(fā)展，盾構(gòu)法隧道也不可避免向超大埋深發(fā)展，地層越深所遇到的地質(zhì)條件更復(fù)雜，尤其是上海地區(qū)的地質(zhì)情況，

2、隧道埋深如超過(guò)30m,盾構(gòu)推進(jìn)將穿越、1及2層土，為上硬下軟的土層，盾構(gòu)在穿越軟硬不均的地層時(shí)由于上卜土層強(qiáng)度不均口J.能會(huì)引起盾構(gòu)工作面的不穩(wěn)定，易造成盾構(gòu)軸線偏離。所以在超深覆十.及上硬下軟土層雙重因素下，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)頭部土壓力的設(shè)定也更復(fù)雜，十.壓力設(shè)定是否合理對(duì)于盾構(gòu)姿態(tài)控制、管片拼裝質(zhì)量都會(huì)起到直接影響。本文以上海軌道交通12號(hào)線26標(biāo)復(fù)興島站利津路站區(qū)間隧道工程為依托，對(duì)于盾構(gòu)穿越、1及層期間的土壓力設(shè)定、盾構(gòu)姿態(tài)及管片拼裝質(zhì)量進(jìn)行分析，研究，總結(jié)出盾構(gòu)在超深覆土下穿越軟硬不均地層的土壓力設(shè)定方法。2工程概況2.1工程簡(jiǎn)述復(fù)興島站利津路站區(qū)間采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)自利津路站西端頭井依次始發(fā),

3、經(jīng)偉萊家園居民小區(qū)，朱家門煤炭裝卸碼頭廠區(qū)，穿越黃浦江后進(jìn)入滬東中華船廠廠區(qū)，至復(fù)興島站東端頭井接收。上行線隧道長(zhǎng)1566.237m,卜.行線隧道長(zhǎng)1565.673m。隧道最大坡度為30%。，最大埋深約36m。2.2地質(zhì)情況根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，區(qū)間隧道長(zhǎng)距離全斷面穿越層暗綠草黃色粘土層、1層草黃灰色砂質(zhì)粉土層，2層草黃灰色粉細(xì)砂。其中層土為上海標(biāo)致性硬土層，1、®2層為承壓水軟土層。區(qū)間隧道第70環(huán)進(jìn)入層土、第200環(huán)隧道底部出現(xiàn)層、第400環(huán)隧道全斷面進(jìn)入層土，盾構(gòu)穿越上硬下軟的長(zhǎng)度近240米。n朗條草黃色帖土II層草黃噥色傾粘土ii層草黃灰色醐砂地質(zhì)剖面圖3盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的土壓力設(shè)定及

4、效果3.1理論土壓力計(jì)算區(qū)間隧道施工前根據(jù)地質(zhì)勘探資料提供的盾構(gòu)施工區(qū)域上部各層土體的性質(zhì)及厚度，對(duì)盾構(gòu)施工理論土壓力進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)土壓力計(jì)算原則，粘土層采用水土合算、砂性土采用水土分算。盾構(gòu)中心位于層土，采用水土合算公式：%=、奶吊+«%+丁乩）盾構(gòu)中心位于層土，采用水土分算公式：&=Ko（/|-/水）"+（，2-"）/+（兒水）乩+"/總計(jì)算得到的理論土壓力如下:土層容重(KN/m3)土層厚度（m）118.02.92.42.323342.9118.61.11.31.11.41.51.317.61.21.11.61.91.90.7j18.51.

5、92.73.62.12.133.93.717.63.33.53.73.83.544.56.4116.910.697.7988.27.981-117.13433.843.33.33L217.91.33.232.71.82.73319.40.623.74.84.84.54.5118.70.83.55環(huán)號(hào)179204240274305342376424土壓力(Mpa)0.360.400.400.430.440.410.450.483.2實(shí)際土壓力設(shè)定本區(qū)間下行線隧道先行施工，由于計(jì)算得到的理論土壓力偏大，高于以往施工經(jīng)驗(yàn)值,且區(qū)間隧道進(jìn)入200環(huán)后，隧道覆土逐步增大，由26米增加至36米，總推力己達(dá)

6、到近3000t,這都是以往盾構(gòu)施工未曾遇到的?？紤]到降低總推力的需要，同時(shí)對(duì)地面沉降情況進(jìn)行分析(見(jiàn)下圖)：地面沉降點(diǎn)變化較穩(wěn)定，盾構(gòu)推進(jìn)期間單次變化量及累計(jì)變化量均在允許范圍內(nèi)，故下行線盾構(gòu)在軟硬不均土層中初期穿越時(shí)土壓力設(shè)定均維持在0.30Mpa,較理論土壓力值偏低O.IMpao002ml_m,«02ooSIKlIJN:319星時(shí)-»-CX210A-CX22Orsi-4CX200b-CX230ouS監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化曲線圖3.3土壓力設(shè)定過(guò)低引起的后果3.3.1盾構(gòu)姿態(tài)惡化對(duì)于下行線隧道210環(huán)450環(huán)盾構(gòu)姿態(tài)變化繪制曲線圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后可以發(fā)現(xiàn)，由于土壓力設(shè)定過(guò)低，盾構(gòu)推進(jìn)中

7、容易磕頭，存在部分超挖現(xiàn)象，自210環(huán)以后開(kāi)始整體下沉，切II上下最大偏差達(dá)到-63mm,盾構(gòu)上下最大偏差達(dá)到-119mm。為避免盾構(gòu)機(jī)整體下沉，千斤頂區(qū)域油壓糾偏時(shí)，下部油壓較大，上部油壓小，盾構(gòu)機(jī)呈“抬頭狀”向前推進(jìn)，造成管片坡度大于設(shè)計(jì)坡度、盾構(gòu)機(jī)坡度小于設(shè)計(jì)坡度的狀況，管片與盾構(gòu)機(jī)之間的夾角最大時(shí)達(dá)到18%0,盾構(gòu)機(jī)下部長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有間隙，影響管片拼裝質(zhì)量。3.3.2成型管片出現(xiàn)連續(xù)碎裂情況由于盾構(gòu)姿態(tài)不佳，管片與盾構(gòu)機(jī)之間的關(guān)系一直處于非正常的狀態(tài)，導(dǎo)致管片整體受力不均勻，在近3000t的總推力作用下，管片在盾尾內(nèi)完好無(wú)損，脫出盾尾45環(huán)后開(kāi)始出現(xiàn)連續(xù)碎裂情況，碎裂主要集中在封頂塊與鄰接

8、塊受力最薄弱的位置。盾構(gòu)機(jī)與管片間夾角示意圖3.4采取措施3.4.1提高土壓力設(shè)定值經(jīng)分析，管片碎裂的主要原因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)推進(jìn)中磕頭、整體下沉導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)不佳所致。由于盾構(gòu)機(jī)位于層與層夾層土上，層硬土層位于盾構(gòu)機(jī)上部，地面沉降有滯后性，無(wú)法如淤泥質(zhì)粘土層地區(qū)那樣立即反映出盾構(gòu)機(jī)頭部土壓力是否合適，故不可以根據(jù)盾構(gòu)切口地表沉降數(shù)據(jù)作為設(shè)定土壓力的首要依據(jù)。所以首要措施便是將土壓力設(shè)定至接近理論值的0.40Mpa,保持盾構(gòu)機(jī)頭部穩(wěn)定，不再整體下沉，避免發(fā)生超挖。同時(shí)通過(guò)管片180°貼片調(diào)整管坡，減小管片與盾構(gòu)機(jī)之間的夾角，減小千斤頂上、下區(qū)域油壓差，使管片受力更均勻。可以看出，后期盾構(gòu)姿態(tài)明

9、顯好轉(zhuǎn)。3.4.2降低總推力盾構(gòu)機(jī)總推力組成（見(jiàn)右圖）：由盾構(gòu)機(jī)正面土壓力引起的正面阻力僅占總推力的35%,而側(cè)摩阻力占到50%。正面阻力計(jì)算公式為:F=-jiD2/4從220環(huán)450環(huán)盾構(gòu)姿態(tài)曲線圖從220環(huán)450環(huán)盾構(gòu)姿態(tài)曲線圖經(jīng)計(jì)算，土壓力每上升0.IMpa，總推力僅增加300t,故如因?yàn)槌罡彩?總推力過(guò)大的原因而降低正面十壓力，以期降低總推力，效果十分有限。應(yīng)將降低總推力的目標(biāo)定位在降低側(cè)摩阻力上，采取盾構(gòu)機(jī)殼體觸壁注漿、使用超挖刀等措施可有效降低500600t總推力。3.5上行線盾構(gòu)推進(jìn)施工情況上行線盾構(gòu)推進(jìn)退于下行線一個(gè)半月，吸取了下行線盾構(gòu)推進(jìn)施工中土壓力設(shè)定偏低的教訓(xùn)。在相同的軟硬不均地質(zhì)條件下，上行線盾構(gòu)機(jī)頭部土壓力逐步提高至0.44Mpa,接近理論計(jì)算值，盾構(gòu)機(jī)切口與盾尾的偏差值雖然也有起伏，但是由于盾構(gòu)機(jī)頭部比較穩(wěn)定，未發(fā)生盾構(gòu)整體持續(xù)下沉的狀況，保持盾構(gòu)姿態(tài)更容易，且盾構(gòu)機(jī)與管片之間的關(guān)系始終保持在一個(gè)良好的狀態(tài)，雖然也有管片碎裂的現(xiàn)象，較下行線已大有改觀。4結(jié)論本文以I.海軌道交通12號(hào)線26標(biāo)復(fù)興島站利津路站區(qū)間為例，對(duì)盾構(gòu)