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湿陷性黄土地层盾构施工引发地层变形特性研究
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摘要
西安地铁是地铁工程界首次在湿陷性黄土地层中进行的城市地铁建设,湿陷性黄土地层复杂性使黄土地层盾构掘进施工存在“问题多,难点多,数据少,参数缺”。对于湿陷性黄土地层,至今盾构施工没有系统的盾构施工技术参数,直接构成湿陷性黄土地层盾构施工系统安全风险,直接影响隧道穿越西安古城墙、钟楼、护城河的安全,直接影响隧道穿越陇海铁路和地裂缝的安全,直接影响城市市政地下管线的安全,所以,提出“湿陷性黄土地层盾构施工引发地层变形特性的研究”课题。
     围绕课题研究,首先对湿陷性黄土进行研究。在大量查阅黄土资料基础上,针对黄土盾构施工,提出“湿陷性新黄土地层二元结构”。以此作为课题基础平台,研究盾构施工黄土地层变形规律。结合地铁工程‘西安轨道交通地铁二号线盾构施工沉降监测数据'进行统计分析,采用数值模拟计算和理论分析,得到湿陷性黄土地区盾构施工的成果如下:
     1.湿陷性新黄土地层二元结构
     在分析湿陷性黄土Q_3、Q_4地层的物理力学性质基础上,针对地铁隧道盾构施工,提出“湿陷性新黄土地层二元结构理论”,系统地研究黄土二元结构的组成结构、应力路径、本构关系和上下元结构位移变形的耦合。指出:新黄土二元地层结构上元非饱和黄土结构是结构性黄土,具有节理性,弹性脆性破坏,在浸水情况下发生湿陷突变;下元饱和黄土类似一般的软粘土,但仍具有湿陷性黄土的特殊性质(高含水率、高灵敏度和低强度,塑性变形破坏)。黄土二元地层结构耦合,在外力作用下上元将外力传递下元,下元结构受力作用下发生弹塑性变形;上元结构在下元变形作用下,沿自身节理裂隙发展产生剪切破坏。
     2.上元非饱和黄土结构地层变形
     在新黄土上元非饱和地层中盾构施工,与一般地层比较地层变形具有五个阶段。地层沉降变形主要影响因素是地层损失、盾尾注浆黄土湿陷和固结变形。地层变形存在湿陷突变属黄土脆性破坏;“盾尾注浆黄土湿陷”导致黄土湿陷9~15mm,地层损失沉降15~23mm,固结变形2~5mm。同时,拟合湿陷性黄土上元结构盾构施工地面沉降的修正Peck曲线,其中修正系数k是综合系数,与地质勘察、隧道埋深、盾构机状态、盾构施工水平和盾尾注浆相关,对西安黄土地层k的取值范围k=1.30~1.45。
     3.下元饱和黄土结构地层变形
     与上元非饱和黄土结构相比较,下元饱和黄土盾构施工地层变形是地层损失,不存在盾尾注浆黄土湿塌的沉降突变。在下元饱和黄土结构盾构施工中,在上元非饱和黄土结构稳定区域产生“压力拱”,约束下元结构的沉降变形。
     4.掌子面稳定状态及其控制
     在分析施工掌子面稳定极限状态基础上,通过数值计算分析和施工监测,认为在盾构施工过程中,盾构施工围岩地层存在三区(挤压区、剪切区和松动区)。沿盾构隧道地层基本处于弹性状态,主要是因为黄土的大孔隙、节理性和结构性的结果,使黄土盾构施工影响范围在10~30%D。在上元非饱和黄土结构盾构施工时,盾构对土体的扰动范围为10%D,而下元的扰动范围为30%D,同时考虑上元结构的压力拱作用。
XiAn metro construction is first metro engineering in collapsed loess in the world, in that there are many questions to be solved such as "many studies,much difficulties, little parameters and no data ",which could be risk resource of metro engineering in crossing under old wall,tower and river directly,so that the "study on deformation of collapsed loess in metro construction by shielding" is put forward here.
     Firstly,the collapsed loess is studied by information,and put forward the dualistic structure of collapsed loess for shielding in loess.Based it,the law of loess settlement in shielding was found out by analysis of data of shielding settlement by supervision and demonstrated by digitally in theory.After study on deformation of loess by shielding,innovation achievements have been gotten as the following.
     1.Against metro influence in other cities,there is special properties of metro in Q_3,Q_4,collapsible loess of XiAn city.With change of water content w and saturation degree S_r,there is differences of physical and mechanical properties of Q_3,Q_4 collapsible loess,and therefore the dualistic structure of loess are formed naturally. After analysis of loess,theory of dualistic structure of collapsed loess is gotten.The above block of unsaturated loess in the structure has relationship with water content w and degree of saturation S_r,and the other one,saturated loess under water,does properties of general weak clay with collapsible loess.
     There is coincidence of deformation in dualistic structure.when one dualistic body is forced,the above block delivers the action to under one,in coincidence the deformation of under block is plastic deformation,making the above settlement in elastic along fissure.
     2.Settlement when shielding in above block of dualistic structure,the are 5 phrases in settlement under construction,in which the loss of clay by shielding and collapsed loess after jetting are two main factors,loss of body for 15~23 mm,collapsed loess for 9~15 mm and consolidation for 2~5 mm.Based deformation from shielding, the improved formula Peck is gotten in,kis synthetic to contain factors,k = 1.30~1.45.
     3.When shielding under block of dualistic structure,against shielding in above block,the settlement curve is flatter more,there is one factor impacting deformation-loss of clay.Maximum settlement by the loss is 16.88~30.71 mm,and one pressure arch appears in above block,which restrains deformation of under block.
     4.Stability of clay face and shielding knife face pressure,after analysis of stability of clay face,get the critical pressure of shielding face,which has influences in 10~30% of diameter of face.The shielding is kept on stability by the financial pressure.
引文
[1]王梦恕,浅埋暗挖法设计施工问题新探[J],地下空间,1992年12月
    [2]王振信,盾构法的现状与展望[J],地下工程与隧道,1991.16-22.
    [3]刘建航,侯学渊,盾构法隧道[M],北京:中国铁道出版社,1991.
    [4]乐贵平.盾构技术在北京的应用和发展[J],市政技术,2002(4).
    [5]日本隧道盾构新技术,武汉华中理工大学出版社,1999-07
    [6]Herrenknecht M,Rehm U.Mixed shield technology[C]/ / Internal lecture in Colorado School of Mine.U.S.A.2003.
    [7]Herrenkneeht M,Rehm U.Slurry shield technology[C]// Internal lecture in Colorado School of Mine.U.S.A.2003.
    [8]J Wassmer L,rreceno O,Andreossi E.Tunnel Boring Machine(TBM) application in soft ground conditions[C]// IMIA Meeting,Sydney,2001.
    [9]Herrenknerht M,Rehm U.Earth pressure balanced shield technology[C]// Internal Lecture in Colorado School of Mine,U.S.A,2003.
    [10]PECK R B.Deed excavation and tunnelling in soft ground[A].In:Proceeding of the 7~(th) international conference on soil mechangics and foundation engineering [C].Merico city:socieded Mexicana de Mexanica de soelon,A.C.,1969.225-290.
    [11]Blindheim O T,etc.The effect of mixed face conditions(MFC)on hard rock TBM performance[C]// AITES-ITA World Tunnel Congress,Sydney,2002.
    [12]Haukur J、etc.The significance of mixed face conditions for TBM performanee[J].World Tunneling,Annual Technical Review.2002.
    [13]卿伟寰,廖红建,钱春宇,盾构法施工影响地面最大沉降的若干因素分析[J],现代隧道技术,2006年增刊(274-277).
    [14]张海波,殷宗泽,朱俊高,隧道盾构法施工地面沉降影响因素分析,铁道建筑技术,2005(1).
    [15]孙钧,袁金荣,盾构施工扰动与地层移动及其智能神经网络预测[J],岩土工程学报,2001
    [16]张厚美,张良辉,叶均良,盾构施工对新南方购物中心基础沉降影响的评估[J],非开挖技术,2002,(2/3):103-108
    [17]黄宏伟,张冬梅,盾构隧道施工引起的地表沉降及现场监控[J],岩石力学与工程学报,2001,20(增):1814-1820
    [18]丁春林,朱世友,周顺华,地应力释放对盾构隧道围岩稳定性和地表沉降变形的影响[J],岩石力学与工程学报,2002,22(11):1633-1638
    [19]白李妍,张弥,隧道工程环境影响的动态优化控制[J],岩石力学与工程学报,2002,(11):1633-16382002,21(3):393-397
    [20]张云,殷宗泽,徐永福,盾构法隧道引起的地表变形分析[J],岩石力学与工程学报, 2002,21(3):388-392
    [21]张庆贺,朱忠隆,杨俊龙等,盾构推进引起土体扰动理论分析及试验研究[J],岩石力学与工程学报,1999,18(6):699-703
    [22]易宏伟,孙钧,盾构施工对软粘土的扰动机理分析,同济大学学报,2000(3)
    [23]唐益群,叶为民,张庆贺,上海地铁盾构施工引起地面沉降的分析研究,地下空间,1995(4)
    [24]徐永福,盾构推进引起地表变形的分析[J],地下工程与隧道,2002(1):38-39.
    [25]易宏伟,盾构施工对土体扰动与地层影响的研究[J],地下工程与隧道,2002(4):60-61.
    [26]侯学渊,钱达仁,杨林德,软土工程施工新技术[M],合肥::安徽科学技术出版社,1999.
    [27]曹志远,张右启,半解析数值万法[M],北京:国防工业出版社,1992.
    [28]孙钧,汪炳鉴,地下结构有限元解析[M],上海:同济大学出版社,1989.
    [29]王振信,盾构法的现状与展望[J],地下工程与隧道,1991.16-22
    [30]Peck R B.Tunnelling in Soil[A].10th ICSMFE[C],Stockholm:[s.n.],1981.607-628.
    [31]Attewell R B,Yeates J.Tunnelling in Soil[A].Ground Movements and Their Effects on Structures[M].Edited by Attewell P B.Taylor R K.New York:Survey University,Press,1984.132-215.
    [32]Attewell P B,Yeates J,Selby A R.Soil Movements Indued by Tunnelling and Their Effects on Pipelines and Structures[M].Glasgow:[s.n.],1986.
    [33]上海市政工程局,软土市政地下工程施工技术手册-对构筑物影响预测和防治[M],上海:[s.n.],1990.
    [34]PECKRB.Deep excavation and tunnelling in soft ground[A].In:Proceeding of the 7~(th) international conference on soil mechangics and foundation engineering [C].Merico city:socieded Mexicana de Mexanica de soelon,A.C.,1969.225-290.
    [35]O' Relly MP,New B M.Settlelment above tunnels in the United Kingdom-their magnitude and prediction[A].In:JONES M J,eds.Proe Tunneling ' 82Symposium[C].London:Institution of Mining and Metallurgy,1982.173-181.
    [36]Attewell P B,WOODMAN J P.Predicting the dynamics of ground settlement and its derivatives caused by tunneling in soil[J].Ground Engineering,1982,15(8):13-20,36
    [37]璩继立,盾构施工引起的地面长期沉降研究[博士学位论文[D],上海同济大学,2002.
    [38]沈培良,张海波,殷宗泽,上海地区地铁隧道盾构施工地面沉降分析,河海大学学报(自然科学版,第31卷第5期,2003年9月
    [39]白云,上海地铁区间隧道盾构掘进施工技术TBM专集
    [40]王勇,邻近建筑物时的盾构施工技术浅谈,上海地铁区间隧道盾构掘进施工技术专集
    [41]沈张勇,上海市轨道交通6号线双圆盾构穿越原水箱涵影响分析,《地下工程与隧道》2007年第1期;
    [42]日本隧道盾构新技术[M],武汉华中理工大学出版社,1999-07
    [43]地下铁道工程施工及验收规范[J],GB 50299-1999
    [44]钱七虎,迎接我国城市地下空间开发高潮,岩土工程学报[J],1988(1)
    [45]程晓,潘庆国,盾构施工技术[M],上海:上海科学技术出版社,1990.
    [46]张凤祥,朱合华,傅德明,盾构隧道[M],北京:人民交通出版社,2004.
    [47]璩继立,许英姿,盾构施工引起的地表横向沉降槽分析,岩土力学,第27卷第2期2006年2月.
    [48]侯景岩.北京地铁隧道深基础岩土工程特征及地铁工程地质条件分区[J],市政技术,2004(I).
    [49]刘元学,施建勇,许江,刘东升,盾构法隧道施工数值模拟[J],岩土工程学报,第26卷第2期2004年3月.
    [50]杜建华,王玉林,沈仁强,浅谈盾构隧道施工引起的地表沉降,山西建筑,第32卷第6期2006年3月.
    [51]戚国庆,黄润秋,地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题研究,岩土力学与工程学报,第22卷增1,2003年7月
    [52]洪开荣,盾构隧道穿越广州火车站站场的设计与施工,现代隧道技术,第39卷,第6期2002年12.
    [53]周文波,双圆(DOT)隧道技术及应用,都市快轨交通第18卷第2期;
    [54]乐贵平,盾构技术在北京的应用和发展[J],市政技术2002(4);
    [55]乐贵平,江玉生,北京地区盾构旋工技术[J],都市快轨交通第19卷第2期:
    [56]乐责平,江玉生,土压平衡盾构法施工掘进面平衡压力初探[J],市政技术2004(12).
    [57]华东,李乐,杜文库,北京典型地层条件下土压平衡盾构.市政技术2005(10).
    [58]黄文熙,土的工程性质[M],水利电力出版社,1984:
    [59]张苏民.黄土湿陷性的基本属性[A].湿陷性黄土研究与工程[c].中国建筑工业出版社,2001
    [60]刘祖典.黄土力学与工程[M],西安:陕西科学技术出版社,1996.
    [61]刘祖典,黄土的工程地质特征及分类命名,中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集,2000.
    [62]中国矿业学院数学教室,数学手册[M],科学出版社,1980;
    [63]《中国铁路隧道史》编辑委员会,中国铁路隧道史[M],中国铁道出版社,2004年
    [64]田堪良,黄土的结构强度及其定量分析方法,中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集,2000
    [65]汪东林,栾茂田,杨庆,非饱和土体应变试验研究及其在地面沉降中的应用[J].防灾减灾工程学报,2007.
    [66]陈存礼,高鹏,胡再强,黄土的增湿变形特性及其与结构性的关系.岩土力学与工程学报,2006.
    [67]林斌,赵法锁,黄土的小变形本构特征及参数研究.工程地质学报,2005.
    [68]胡再强,沈珠江,谢定义,结构性黄土的变形特征.2004.
    [69]黄绍铭,高大钊,软土地基与地下工程[M].中国建筑工业出版社,2005.
    [70]沈珠江,陈铁林,岩土破损力学[C].中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C].北京:中国科学技术出版社,2002,14-19.
    [71]胡再强.黄土结构性模型及黄土渠道的浸水变形试验与数值分析[D].西安:西安理工大学,2000.
    [72]Wang J G,Leung C F,Ichicawa Y.Asimplified homogenization method for composite soils[J].Computers and Geotech-nics,2000,29:477-500.
    [73]骆亚生,黄土结构性的研究成果及其新发展[J],水力发电学报,2004,23(6);
    [74]谢定义,试论我国黄土力学研究的若干新进展[J],岩土工程学报,2001,23(1);
    [75]杨鸿贵,黄土基坑抗壁自立稳定高度的计算分析[J],陕西建筑,2007;
    [76]林本海,宗鸣,黄土深基坑开挖边坡稳定的实例分析[J],陕西水力发电,1996,12(4);
    [77]张茂花,谢永利,刘保健,增湿时黄土的抗剪强度特性分析[J],岩土力学,2006,27(7);
    [78]田堪良,张慧莉,张伯平,骆亚生,黄土的结构性及其结构强度特性研究[J],水力发电学报,2005,24(2);
    [79]陈存礼,高鹏,胡再强,黄土的增湿变形特性及其与结构性的关系[J],岩石力学与工程学报,2006,25(7);
    [80]刘祖典,黄土的强度指标及其应用[D],西安陕西机械学院,1990;
    [81]来弘鹏,杨晓华,林永贵,黄土公路隧道衬砌开裂分析[J],长安大学学报,2007,27(1);
    [82]李宁军,夏永旭,基质吸力对非饱和黄土隧道力学特性影响研究[J],西安公路交通大学学报,2000,20(2):49-51.
    [83]赵法锁,三向应力及湿度状态改变对非饱和黄土力学特征的影响,地球科学与环境学报,第29卷第1期2007月
    [84]何青峰,马兰黄土的应力应变本构方程[J],工程地质学报1004-9665/2007/15(01)
    [85]邵生俊,原状黄土结构性及其定量化参数研究[J],岩土工程学报,第26卷第4期
    [86]林杜军,西安市近期饱和黄土的工程地质特征[J],地质灾害与环境保护,1994,5(1)
    [87]杨振茂,赵成刚,王兰民,饱和黄土液化的试验研究[J],岩石力学与工程学报,2005,24(5)
    [88]贾嘉陵,孙国富,邓坤,湿陷性黄土地层二元结构本构模型[J].西安科技大学学报,第21卷第2期,2008,76-81
    [89]贾嘉陵,孙国富,高学军,湿陷性黄土地层二元结构沉降变形藕合的研究[J],北京交通大学学报,第32卷第4期,2008,120-122
    [90]孙跃,刘祖典,高层建筑下饱和黄土地基的固结变形特性,陕西机械学院学报,第七卷第3期,1991
    [91]罗汀,姚仰平,蔡东艳,黄土蠕变的试验研究,西安建筑科技大学学报,第27卷第3期,1995:
    [92]G.Anagnostouand,K.Kovarl,Tunnelling Underground Space Technology[J],Vol.11 No.2.165-173,1996
    [93]Broms,B.B.and Bennermark,H.,Stability of Clay at Vertical Openings[M],ASCE Journal of Soil Mechanics and Foundation Engineering Division,SMI.(1967)
    [94]程展林,吴忠明,徐言勇,砂基中泥浆盾构法隧道施工开挖面稳定性试验研究[R],长江科学院院报,Vol.18 No.5.2001
    [95]王敏强,陈宏胜,盾构推进隧道结构三维非线性有限元仿真[J],岩石力学及工程学报,Vol.21 No.2.2002
    [96]张诚厚等.软粘土的结构性及其对路堤沉降的影响[J],岩土工程学报,1995,5(4).
    [97]厚美瑛,陆坤权,奇异的颗粒物质[J],新材料产业,2001,(2)
    [98]Terzaghi K.Theoretical Soil mechanics[M].New York:,JohnWiley&Sons,1943.
    [99]Ladanyi B,Hoyaux B.A study of the trapdoor problem in ungranular mass[J].Canadian Geotechnical Journal,1969,6(1);
    [100]Vardoulakis I,Graf B,Trapdoor problem with dry sand:astatically approach based upon model kinematics[J].Int J Namer Analy Mech Geomech,1981;
    [101]Koutsabeloulis N C,Griffiths D V.Numerical modeling of the trap door problem[J].Geotechnique,1989,39(1):
    [102]孔恒,张闽,城市地铁浅埋暗挖法隧道上覆地层结构研究,市政技术,2005年12月
    [103]李世平,吴振业,岩石力学简明教程[M],北京煤炭工业出版社,1996。
    [104]Hong,Sung wan,Ground Movements around Model Tunnel in Sand,University of Illinois at Urban,1984
    [105]Hak Joon Kim,Estimation for Tunnel Lining Loads,University of ALBERTA,1997
    [106]Dormon,T.,London,T.,Model Tests on Face Stability of Tunnels in Granular Material,Pro.Tunnels and Metropolises
    [107]Daemen,J.J.K.and Fairhurst C.Rock Failure and Tunnel Support Loading.Proc.int.Symposium on Underground Openings.Lucerne,1975.
    [108]Iglesia,G.R.Einstein,H.H.,Determination of Vertical Loading on Underground Structures Based on an Arching Evolution Concept.Pro.3~(rd)int.Conf.Geo-engineering for Underground Facilities.Balkema,1999.

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