范文一：地下隧道工程论文地质问题处理论文

地下隧道工程中地质问题的处理方法

摘 要:随着城市建设的不断发展，土地资源紧缺的现象越辣越严重，因此对地下空间的开发和利用显得极为的重要。这也就促进了我国地下隧道工程的发展，然而在实际的工程建设过程中，其常常出现安全隐患和事故，引起人们的高度重视，也加大对地质问题处理的研究。

一、地下隧道工程的简述

相较于市政工程与房屋工程，人们对于隧道及地下工程的了解并不多。因此，在进行其施工建设之前，相关企业和人员有必要对隧道及地下工程的概念和施工内容做到知晓和熟悉。所谓隧道及地下工程，主要是指从事研究及建造各种隧道及地下工程的一门应用科学和工程技术，其过程阶段包括规划、勘测、设计、施工及养护，隶属于土木工程下的一个分支施工内容主要包括勘测和设计两个部分，前者主要负责隧道位置的选择，进而根据地形、地质环境来选择最合理、经济的路线走向，为后期的施工打好基础; 而后者则是要按照设计图纸的要求，来把纸上的构造框架落实实施，通过一些有效的方法使隧道及地下工程得以顺利进展。

二、工程地质与隧道及地下工程的密切联系

由于隧道及地下工程一般是在岩体及土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物，这就难免要涉及地质条件的影响。如果把隧道及地下工程比作一棵大树，那么工程地质就是这棵大树的根基，只有根基深厚可靠，才能稳定保护整个大树健康成长，屹立不倒。所以工程

地质的条件是否适宜，对于隧道及地下工程的建设质量好坏起到了十分重要的作用，是其施工建设中不可忽略影响因素。因此，在隧道及地下工程项目施工之前，一定要对所处地质环境进行深一步的研究与分析，找出不利条件，采用不同的施工方法和技术来进行解决，做到因地制宜，结合实地情况、具体问题具体分析。

三、复杂地质下地下隧道施工问题

1、施工单位对地质工作重视程度不高

施工方负责地下隧道施工的组织与管理，要避免由于地质因素导致施工安全事故就需加大对地质环境的重视。当前公路施工行业有一个观点，“塌方不可抗御论”，即一旦地下隧道出现坍塌事故则原因为地质因素，具有不可抗性。因此施工方不注重地质勘测工作，且也缺少专业地质勘测人员，也没有设计专门工序，没有为施工人员提供专业指导，在施工时全凭经验。我国在研究地下隧道塌方事故时多注重施工难易程度与地质环境，忽略地质勘探技术。这导致我国地下隧道在施工各环节中其地质工作具有薄弱性。

2、地下隧道施工存在的技术问题

(1)防排水施工难以满足规定要求。地下隧道在防排水时采用的施工模式多为小型机具手工作业与简易铺挂台架，在封住裸岩时多使用锚喷技术，再覆盖有机板材于其表面，最后浇筑自防水混凝土，其防水衬砌技术为刚柔结合。但是由于隧道中地质复杂，特别是受到含水层串通微细裂隙产生的淋渗水，由于混凝土层无法抗渗，第一层只起支护作用，无法抵挡岩体被渗漏水侵入。且在开展质量检验时多

为肉眼察与充气检验，可靠性低，无法与地下隧道施工机械化程度需求相符。

(2)存在大规模突水突泥风险。在某些一级风险隧道中会出现大规模突水突泥现象，一般而言在出口段只有少数地段有出水现象，可有效控制出水量，但是若进一步加大隧道埋深或者围岩完整性得以提升，也会增加大规模储水溶洞的发育风险，进而提升大规模突水突泥风险。

四、分析地铁隧道岩溶地质问题

1、工程概况

某地铁第四工作段全长3.87km，由两座车站，三段区间构成，采用矿山法施工。蛮安区间全长1848.27m，为双洞单线隧道，通过市北路斜井进行施工。地质钻孔结果显示，蛮安区间隧洞多穿行于中风化岩层内，局部穿越断层破碎带，围岩破碎、软弱，位于地下水位以下，地下水主要为岩溶裂隙水，顺岩溶管道或岩溶裂隙带向场区岩溶洼地排泄，地下水位在轨面以上，对隧道围岩稳定性造成一定影响，岩溶问题突出，隧道施工存在很大风险。

2、岩溶地质灾害超前预报

城市地铁埋深较浅，洞外震动干扰源较多且施工距离较短，使用地震波或弹性波探测方法精度不高，洞外电磁环境也较复杂，电磁类探测方法易受到一定干扰，针对贵阳地铁1 号线工程地质与施工工艺，该案例施工过程中主要运用工程地质分析与SIR-3000 地质雷达开展短程岩溶地质预报，为施工提供参考。

(1)地质雷达原理

探地雷达(GPR)是一种利用无线电波来检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描的地球物理探测仪器，随着无线电技术和微电子技术的不断发展，探地雷达技术日渐成熟，如今该技术在工程地质勘察、混凝土质量检测、地下管线探测、公路质量检测等领域有着广泛应用。探地雷达的基本原理是发射天线定向将高频短脉冲电磁波送入地下，电磁波遇到存在电性差异的地层或目标体，经反射后返回地面为接收天线所接收并数字化，然后经过电脑处理，以反射波波形的形式记录下来。

在对所采集的反射电磁波进行处理后，可以得到探测介质的有关信息。探地雷达是根据对反射波形特性的分析来判断地下目标体的，所以其探测效果主要取决于地下目标体与周围介质之间的电性差异、电磁波的衰减程度、外部干扰的大小以及目标体的埋深等，目标体与介质间的电性差异越大，界面越清晰，且在雷达剖面图上表现为同相轴明显但不连续。可以看出，目标体与周围介质之间的电性差异是探地雷达探测的基础。

(2)预报内容及探测过程

采用SIR-3000型地质雷达，针对蛮安区间隧道桩号YDK19+735 处开展了地质雷达探测。测量模式选择时间测量，介电常数通过实验确定为8.0，测试中，天线紧贴掌子面，水平方向做匀速直线运动，100M 频率天线在300ns 量程下，可以较好的反映掌子面前方16m 左右的岩层情况，且检测时间较短，不影响正常施工。通过探测，预期

掌握:其一，掌子面前方的岩性、岩层情况;其二， 掌子面前方可能存在的不可见的不良地质体;其三，推断掌子面可见的各种不良地质体在掌子面前方的延伸情况;其四，结合雷达数据和现场情况，推断工作面前方可能的地下水突出情况;最后，将以上推断综合，得出前方围岩等级，并提出合理的超前支护和施工支护方案，确保施工安全。

3、地质预报结果分析

据相关数据可以得知:其一，掌子面下部前方往后5m 内围岩完整性相对较好，渗水较少，5m 以后富水裂隙发育，且含水规模较大，确定为岩溶裂隙;其二，掌子面距离开挖位置4m 内岩层相对较好，4m 以后富水裂隙发育，左侧极有可能有溶洞发育。

结束语:

综上所述，随着地下隧道工程的不断发展，施工单位，为了有效的保证工程的质量，必须对工程的中的地质情况进行全面的分析，同时加强超前与支护，严格控制超欠挖，在施工的过程中，应对围岩的变化情况给予高度的重视，及时做好支护措施以及安全施工措施，同时采用先进的施工方法和技术，运用科学的管理方法，以此提高隧道工程的施工质量，确保企业的经济效益。

参考文献:

[1]张广泽;喻洪平;孤峰平原区岩溶隧道工程地质问题探讨——以马判桥隧道为例[J].;铁道标准设计;2014(17)

[2]刘德旺;工程地质勘查中的水文地质问题分析[J];山西建筑;

2014(34)

范文二：揭秘世界七大神奇的地下隧道

世界地下隧道对于很多方面，都是科学技术上的奇迹。多亏了勇敢的城市探险家，一些隐藏的神奇工程——隐藏在城市地面之下的建筑被发掘出来。

转播到腾讯微博

伦敦风暴救济沟渠，绰号迷宫，真的很像电影中出现的场景

转播到腾讯微博

英国伯明翰水晶地下水渠

转播到腾讯微博

北美尼亚加拉大瀑布放水渠，这是现代世界被忽视的七大奇观之一

转播到腾讯微博

澳大利亚地下排水渠，被热爱城市探险的人称为洞穴

转播到腾讯微博

伦敦舰队下水道，这成为了伦敦城市探险者拍摄的经典地点

转播到腾讯微博

英国谢菲尔德市的地下抛物线拱形排水隧道

转播到腾讯微博

泰本河，就像是很多泰晤士河的支流围绕在伦敦城市中心的下水道中

范文三：城市地下隧道施工中易出的施工问题有哪些如何规避此风险

讨论:城市地下隧道施工中易出的施工问题有哪些?如何规避此风险?

,、明(盖)挖法修建地铁隧道

浅埋地铁区间特别是地铁车站，经常采用明挖法或盖挖法施工，明挖法与盖挖法施工属于深基

坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于

对基坑周围原状土体的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。

,、浅埋矿山法修建地铁隧道

浅埋矿山法也叫“新奥法”或者是“新矿山法”，新奥法的一项主要背景技术是喷射混凝土，如果是

干喷工艺，会有粉尘污染、回弹严重以及混凝土品质的不均匀等问题，因此应推行湿喷工艺。

另外掘进中容易出现问题:?采用全面断面法开挖时，要摸清开挖面前方的地质情况，因为突

然发生的地质条件恶化，如地下泥石流，容易造成安全隐患;在软弱破碎围岩中使用全断面法

开挖时，应加强对辅助施工方法的设计和作业检查，以及对支护后围岩的动态量测与监控。?

台阶法开挖，应解决好上、下断面作业的相互干扰问题，下断面开挖时，应注意上半断面的稳

定。?分部开挖时应工作面较多，相互干扰大，应注意组织协调，由于多次开挖对围岩的扰动

大，不利于围岩的稳定，应特别注意加强对爆破开挖的控制。

,、盾构法修建地铁隧道

盾构法有很多优点，不加予叙述，他在施工存在的问题则有:?施工设备费用较高?覆土较浅

时，地表沉降较难控制。?施作小曲率半径隧道时掘进困难。

,、沉管法修建地铁隧道

主要是河底隧道，不加予叙述。

在地铁施工中,由于工程特点所限,往往施工场地比较狭窄,地面人群和车流量比较密集,而且城市中存在着大量的地下管线,这几方面是地铁工程区别与其他工程的主要原因

施工场地比较狭窄,如果是明挖施工车站,基坑边坡的支护不论从费用还是从施工难度,施工工期上都占用了很大部分的资金和时间,没法象旷野中工程那样可以放坡,甚至在开挖过程中还不能使用炸药,如果是采用竖井进行区间暗挖,挖出的土石方又没地方放,

人群和车流量比较密集,这就使施工安全方面增加了负担,试想有那么大的车流人流就在基坑边上整天来回走动,安全方面就不得不提高等级了,工程场地之间的交通同样成了问题,记的一回我们单位的两块场地之间也就50米的样子按照广州交通指挥部的要求必须留出保证城市正常交通,结果在两个场地之间抬钢筋时就出了事

大量的地下管线使得开挖回填等工作受到极大的影响

1 地表沉降过大，或地表塌陷

2 地中管线变形过大,开裂甚至断裂,如北京地铁施工导致的京广桥附近管线断裂,产生严重的地表塌陷事故.

3周边建筑开裂,倾斜甚至破坏,因此在施工过程中应加强监测和巡查

4 穿越既有地铁结构时容易引起地铁变形,影响既有线路的正常运营

5 基坑工程开挖时导致的坍塌等对环境造成的破坏

6盾构隧道在更换刀具时容易引起地表塌陷

7 地铁风道施工时风险大

城市地下隧道施工，和一系列的在城市中的建筑工程，大部分会出现一些施工问题，例如噪声，环境污染，由于降水而出现地下水位下降和地表下沉，等等问题。这些问题全部是关系到城市人群居住的环境的问题。要想在城市中完全避免这些问题是完全不可能的。我们只能将这些问题带来的灾害，降低到我们所能达到的最低点。总之在这个“三高”(人均素质高，信息流量高，交通量高)的环境中施工，对我们施工管理，工程施工方案和方法的严峻考验。我们要严格管理工程施工，不能出现任何麻痹，疏忽

。1.施工场地紧张，大型机械作业空间不足。

2.道路翻交，管线搬迁，文明施工(粉尘、噪音、环境污染)

3多部门协调

4隧道穿越(既有线路，建筑物桩基，河流。。。。。。)

5临近建筑物保护

6地表沉降影响

7(深)基坑开挖的稳定性(滑坡，支撑，水)

8隧道的支护(管片，衬砌，注浆)，防渗，通风，线路及附属设施的安装;

9盾构隧道风险(预加固工艺:围护结构施工，降水，冰冻法施工等;盾构机;盾构推进各个施工环节风险等。)

10.3.1 盾构掘进中的环境问题

盾构掘进施工引起地层扰动，诸如土体地表沉降和分层土体移动、土体应力、含水量、孔隙水压力、弹性模量、泊松比、强度和承载力等物理力学参数的变化是不可避免的。土体的扰动往往引发一系列环境问题，需要很好的解决。

(1)盾构在地下管网交叉、密集区段掘进施工;

(2)盾构穿越大楼群桩;

(3)盾构通过不良地质地段(流塑性粉砂、富含沼气软弱夹层等)掘进施工; (4)盾构紧贴城市高架(立交)或贴邻深大基坑掘进施工;

(5)同一地铁区间内，上、下行线盾构同向或对向掘进施工;

(6)上、下行线地铁，上下位近距离交叠盾构掘进施工;

(7)盾构进、出工作井施工;

(8)浅埋、大直径盾构沿弯道呈曲线形掘地，而曲率半径很小;

(9)盾构纠偏，周边土体受挤压而产生过大的附加变形;

(10)超越或盾构遇故障停推，作业面土方坍塌;

(11)盾构作业面因土压或泥水加压不平衡，而导致涌泥、流沙;

(12)盾尾脱离后，管片后背有较大环形建筑空隙(地层损失)，而压(注)浆不及时或效果不佳。 为此，研究盾构掘进中土体受施工扰动的力学机理，探讨其变形位移和因地表沉降产生的环境土工问题，进而对设计、施工等主要参数进行有效控制，达到防治的要求，是一项当务之急的任务。 盾构掘进的扰动机理

1)水和泥浆的扰动

盾构经过的地区，可能引起地下水含量和紊流运动状态的改变。另外，泥水盾构大量泥浆外排回灌，都会给周围环境产生不良影响。

2)对不良土层的影响

流砂给盾构法施工带来极大的困难，刀盘的切削旋转振动引起饱和砂土或砂质粉土的部分液化。含砂土颗粒的泥水不断沿衬砌管片接缝渗入，引起局部土体坍塌。对于泥水式或者土压平衡式盾构，一旦遇到大石块、短桩等坚硬障碍物，排除过程都可能引起邻近土体较大的下沉。 3)周围土体应力状态的变化

盾构法施工引起周围地层变形的内在原因是土体的初始应力状态发生了变化，使得原状土经历了挤压、剪切、扭曲等复杂的应力路径。由于盾构机前进靠后座千斤顶的推力，因此只有盾构千斤顶有足够的力量克服前进过程所遇到各种阻力，盾构才能前进，同时这些阻力反作用于土体，产生土体附加应力，引起土体变形甚至破坏。

4)土体性质的变化

由于盾壳内径和管片外径制作误差，加上盾壳厚度，当管片脱出盾尾时与周围土体产生2~3cm的建筑间隙。如果建筑间隙不能及时注浆填补，上部土体向管片坍落，覆土层出现一些附加的间隙或裂缝，密实度降低。受扰动破坏的土体，要经过较长时间的固结和次固结，逐步恢复到原始应力状态。隧道纠偏时，一侧千斤顶超载，另一侧千斤顶卸载，引起两侧土体应力应变状态明显差别。扰动后土体的本构关系、物理力学参数的变化也是必然的。

5)土体的位移影响

因受盾构推进的影响，盾构机前后、左右、上下各部位土体的位移的状态不同。刀盘前部0.5D范围内土体表现为向下、向刀盘开口内移动，(0.5~1.5)D范围内深层土表现为向推进方向移动，表层土向上向前移动。盾构机后的土体表层土表现为垂直的下沉，深层土随盾壳拖带向前的水平移动，土体和浆液固结次固结沉降都使土体产生向下的位移变形。盾构推进后，不同深度土层扰动曲面叠加形成不同倾斜度的沉降槽。

)盾构掘进时邻近建(构)筑物的保护

针对盾构隧道所邻近的各被保护对象，应分别制定能以安全随不同种类变形位移和差异沉降的诸技术参数。这些保护对象包括:

(1)邻近的已建/已运营地铁区间:

对邻近地铁工程设施综合影响的定量尺度必须符合以下标准:

?在地铁工程(外边线)两侧3m距离内不能进行建筑施工。自地铁中线起算的50m范围内施工，要求严格符合以下?~?各点;

?地铁结构的绝对沉降量及水平位移量均应?20mm，地铁隧道产生纵向位移引起圆形管片衬砌结构的径向变形应?10mm;

?隧道水平和竖向变形曲线的曲率半径R应?1/15000m;

?隧道相对弯曲应1?2500;

?由于建筑物垂直荷载(包括基础地下室)以及降水、注浆等施工因素引起地铁隧道外壁的附加荷载应?20kPa;

?由于打桩振动、工程爆破等产生的振动，对地铁隧道引起的峰值振动速度应?2.5cm/s。 (2)邻近的建(构)筑物;

(3)地下管线(特别是煤气管、污水干管、动力照明电缆与光缆等);

(4)上部及其附近的道路路面、路基;

(5)邻近的城市立交桥、高架道路;

(6)相邻的同步施工的工程等。

范文四：基坑开挖对既有地下隧道影响的数值分析_李广军

天

津 建 设 科 技

2011NO.2

基坑开挖对既有地下隧道

影响的数值分析

□ 文 /李 广 军

摘

要:地铁隧道附近常常会出现建筑基坑工程骑跨于已运行地铁区间隧道之上的问题 。 基坑开挖会使坑底隧道产生显著的位移与变形且由于基坑开挖的空间效应, 位于坑 底不同位置的隧道在开挖过程中会产生不同的反应 。 文章利用有限元软件 A B A Q U S 建立多个三维有限元模型, 以隧道与基坑的相对位置作为变量, 建立对比模型, 对基 底及隧道加固方案加以分析, 得到了一些有益的结果, 为解决基坑工程骑跨于已运

行地铁区间隧道之上这一新问题提供依据 。

关键词:有限元; 基坑; 隧道; 上抬位移; 回弹

随着城市建设发展的需要,地铁隧道在使用阶段 不可避免地会受到各种工程活动影响,临近区域工程 活动是较常见的对隧道产生重大影响的因素 。 近年来, 出现基坑工程骑跨于已运行地铁区间隧道之上的问 题 。 基坑的开挖会引起坑内土体的回弹, 从而引起地铁 区间隧道的上抬; 另一方面, 隧道本身也在开挖过程中 发生形变 。 地铁对隧道的变形要求极其严格, 绝对 最大位移不能超过 20mm, 隧道相对变形不超过 15mm, 隧道变形曲率半径必须>15000m, 相对变形必须<1 500。="" 基坑开挖过程中,如未很好地对隧道进行加="" 固,="" 很可能使隧道变形超出允许范围,="" 导致无法正常使="" 用="" 。="">

如何准确预测基坑 开挖造成的隧道上抬位移及自身相对变形并对其实施 行之有效的加固措施, 便成为急待解决的问题 。

1工程概况

天津站交通枢纽工程综合配套楼位于天津站后广 场, 北邻新兆路 、 南邻京津城际基本站台 、 东邻惠森家 园多层住宅 、 西邻京津城际站房, 北侧与地铁 2号线区 间相邻 。 综合配套楼基坑长约 80m,

宽 45m, 开挖深度 为 8.5m,基坑下方有地铁 9号线 2条隧道东西向穿 过 。 隧道外径 6.2m, 内径 5.6m, 采用盾构法施工 。 隧道 顶部距坑底约 9m, 其中隧道 2顶部距地连墙墙底仅有 2m 左右 。 基坑平面见图 1。

图 1

基坑平面

根据最初安排的施工顺序,地铁 9号线隧道在综 合配套楼底板封闭后穿越基坑 。 一方面, 基坑底土体固 结完成,基坑内土体开挖引起的应力释放对隧道基本

不产生影响; 另一方面, 综合配套楼底板封闭后, 隧道 的推进也基本不会引起坑内土体进一步回弹 。 这样的 工序安排是合理的 。 然而, 由于某些原因, 综合配套楼 工期延误 。 施工顺序变为 9号线隧道先行穿越基坑范 围, 综合配套楼再进行开挖, 出现基坑工程骑跨于既有 地铁区间隧道之上的问题 。

2模型简介

本文采用准静态的方法模拟基坑开挖过程 。 为了 简化计算, 假设衬砌管片和接头的刚度相等, 将隧道简

化为自由变形圆环模型 。 地下连续墙和土体以及隧道 和土体之间, 由于两种材料性质相差很远, 在一定条件 下有可能在其接触面上产生错动滑移或开裂 。 地下连 续墙和土体以及隧道和土体之间设置接触面,接触面

无厚度 、

小滑移, 接触面的本构关系为切线方向采用 隧道 1

隧道 2

Municipal and Public Construction 市 政 公 用 建 设

33

天 津 建 设 科 技

2011NO.2

Mohr-Coulumb 摩擦模型, μ=0.3, 法线方向为刚性, 即 不允许接触面的相互嵌入 。

三维模型尺寸为长 ×宽 ×高=135m ×4m ×60m 。 隧道埋深 26m, 外径 6.2m, 内径 5.6m; 基坑宽度 45m, 地连墙深度 16m; 分三步开挖, 每步的开挖深度分别为 2、 3、 3.5m 。

土体单元选用六面体孔压单元,因涉及到摩擦接 触, 考虑到计算精度, 最终采用 ABAQUS 中的完全积分 三维孔压单元 C3D8P; 土体模型采用修正剑桥模型 。

既有隧道相对于基坑的不同位置,将直接影响着 基坑开挖过程中隧道的变形情况, 以隧道相对基坑中 心位置 x 作为变量, 建立对比模型 。

模型土层条件按照天津站交通枢纽工程综合配套 楼基坑工程实地情况取得, 各层土参数根据地质报告 情况算得, 见表 1。

表 1土层参数

3结果分析

模型 1。 隧道位于基坑中心, 变形示意见图 2。

图 2模型 1隧道变形

隧道的最大竖向位移发生在隧道拱顶,最小竖向 位移发生在隧道拱底;其最大水平位移发生在隧道两 侧拱腰处, 最小水平位移发生在隧道拱顶和拱底 。 而所

有的位移都是随着基坑开挖, 逐步增大的 。 开挖后, 隧 道竖向与横向均卸载, 而卸载的程度存在明显的差 异 。 但由于竖向卸载大于横向卸载, 致使隧道发生竖

向伸长变形 。

模型 2和模型 3。 隧道分别向右偏离基坑中心 10、 20m, 隧道均位于基坑内 。 变形示意见图 3和图 4。

图 3

模型 2隧道变形

图 4模型 3隧道变形

隧道向右偏离基坑中心程度越大,其竖向位移越 小, 卸荷效应愈不明显 。 最大竖向位移发生在拱顶偏左 的位置;最小竖向位移发生在拱底偏右的位置 。 这说 明,基坑开挖卸荷会引发坑内土体向坑中心水平移动 并带动隧道结构产生向基坑中心的水平位移,越靠近 基坑中部, 这种向坑中心水平移动的趋势越不明显 。 因 为,基坑中心土体在开挖工况下更多的表现为竖向回 弹,而基坑边缘土体由于墙后土体向坑内转移更多地 表现为侧向移动并且坑内土体埋深越浅向坑中心水 平移动的趋势越明显 。

模型 4和模型 5。 隧道分别向右偏离基坑中心 30、 40m, 隧道都位于基坑外 。 变形示意见图 5和图 6。

图 5模型 4隧道变形

深度 /m λ

M

κ

v

e 0

γ/(kN ·m -3) k /(m ·d -3)

20.086750.112613.50.1026210.0997300.0600320.0680370.0490400.0300440.049060

0.03000.90000.70140.68081.04801.04800.83000.93251.30000.93251.30000.00960.01250.01140.00670.00670.00760.00540.00330.00540.00330.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.6650.7520.8110.5380.5950.6720.5860.5890.5860.5892010192019102110206020302060204020602040

9.83e-37.83e-56.83e-54.83e-44.83e-47.49e-41.87e-46.58e-31.87e-46.58e-3

4000

300020001000

0-1000-2000-3000-4000

-3000-2000-10000

100020003000

4000开挖前 开挖 -1开挖 -2开挖 -3固结 30d

竖 向 位 移 /m m

水平位移 /mm

4000300020001000

0-1000-2000-3000-4000

-3000-2000-10000100020003000

4000

开挖前 开挖 -1开挖 -2开挖 -3固结 30d

竖 向 移 位 /m m

水平移位 /mm

-3000-2000-10000100020003000

40004000300020001000

0-1000-2000-3000-4000

开挖前

开挖 -1开挖 -2开挖 -3固结 30d

竖 向 移 位 /m m

水平移位 /mm

4000300020001000

0-1000-2000-3000-4000

-3000-2000-10000100020003000

4000

开挖前 开挖 -1开挖 -2开挖 -3固结 30d

竖 向 移 位 /m m

水平移位 /mm

市 政 公 用 建 设 Municipal and Public Construction

34

天

津 建 设 科 技

2011NO.2

图 6模型 5隧道变形

对于模型 4和模型 5, 无论竖向还是水平位移都较 之模型 1小很多,基坑的开挖对坑外隧道影响并不明 显 。 从变形趋势来看, 坑内与坑外的隧道变形趋势是 相反的 。 处于坑内的隧道,

由于竖向的卸载比水平向 卸载要明显, 有竖向拉长趋势; 而坑外隧道水平向卸 载, 竖向几乎无卸载, 坑外隧道是被压扁的 。

隧道的最大竖向位移发生在拱底偏左位置,隧道 偏离基坑中心程度越大, 最大竖向位移就越小, 隧道变 形情况与基坑外土体位移趋势基本一致 。

4加固方案

上述数值模型试验中,隧道的最大上抬位移超过 35mm 。 若不对隧道周边土体进行加固, 基坑开挖后将引 起隧道变形过大, 甚至导致隧道漏水 。 隧道漏水又在 一定程度上引起基坑内部水土流失, 严重的将引起 上部建筑不均匀沉降甚至开裂 。

通过多方论证, 最终采用在基坑原有裙边加固 的基础上, 对基底土体实施抽条加固的措施 。 抽条加 固采用矿渣硅酸盐水泥土搅拌桩,水泥掺入量 15%, 水 灰比 要 求 控制 在 0.45~0.5,

完 成后的渗 透 系 数 ≤ 10-7cm/s 。 要求搅拌桩体 28d 材料强度标准值达到 1000kPa 以上 。 见图 7。

图 7基底加固平面

抽条加固使基底土体明显改性, 刚度增大, 较为有 效地减小基底回弹变形 。 隧道结构的上抬位移主要是 由于坑内隧道以下土体回弹带动其向上运动造成的, 所以尽量减小坑内土体尤其是隧道以下土体的回弹能 更有效地降低隧道上抬位移 。

另外, 地铁 9号线隧道亦采取了隧道二次注浆加 固措施, 最终隧道上抬位移均<20mm>

5结论与建议

1) 基坑开挖引起坑底土体的回弹, 进而引起基坑 下覆既有隧道的上抬位移,坑内隧道的上抬位移是明 显的,往往需要对其进行预测并实施行之有效的加固 措施, 将上抬位移控制在允许范围内; 位于坑外的隧道 上抬位移较坑内隧道要小得多 。

2) 基坑底部土体在开挖过程中竖向与横向卸载量 存在较大差异, 会使坑底隧道产生明显变形 。 而开挖 对坑外土体影响较小, 坑外隧道的变形也小于坑内 。

3) 对于坑内隧道, 其相对基坑的水平位置不同, 变 形规律也不同 。 当隧道处于坑底正中时, 其上抬位移及

相对变形都最大 。 随着隧道向基坑一侧偏移,

上抬位移 及相对变形都会随之减小, 与此同时最大 、 最小竖向位 移 点 都 发 生 了 相 应 的 规 律 变 化 , 隧 道 也 会 发 生 越 来越明显的侧向位移 。

4) 基底加固使基底土体明显改性, 刚度增大, 较为 有效地减小基底回弹变形 。 隧道结构的上抬位移主要 是由于坑内隧道以下土体回弹带动其向上运动造成 的, 所以尽量减小坑内土体尤其是隧道以下土体的回 弹能更有效地降低隧道上抬位移 。

□■

参考文献:

[1]蒋洪胜, 侯学渊.基坑开挖对临近软土地铁隧道的影响[J]. 工业建筑, 2002, 32(5) :53-56.

[2]吉茂杰, 刘国彬.开挖卸荷引起地铁隧道位移预测方法[J]. 同济大学学报 (自然科学版 ) , 2001, 29(5) :531-535. [3]孔祥鹏, 刘国彬, 廖少明.明珠线二期上海体育馆地铁车站穿

越施工对地铁一号线车站的影响[J].岩石力学与工程学报, 2004, 23(5) :821-825.

[4]刘国彬, 黄院雄, 侯学渊.基坑工程下已运行地铁区间隧道上

抬变形的控制研究与实践[J].岩石力学与工程学报, 2001, 20(2) :202-207.

[5]王卫东, 吴江斌, 翁其平.基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响 的数值模拟[J].岩土力学, 2004, 25(11) :251-255.

[6]杜华林.地铁暗挖车站施工对下卧既有地铁的保护[J].市政 技术, 2006, 24(1) :11-14.

[7]刘国彬, 黄院雄, 侯学渊, 基坑回弹的实用计算法[J].土木工 程学报, 2000(8) :61-67. [8]姚燕明, 周顺华, 孙 巍, 等.坑底加固对平行换乘车站基坑

变形影响的计算分析[J].地下空间, 2004, 24(3) :7-10.

□ 中图分类号:U459□ 文献标识码:C

□ 文章编号:1008-3197(2011) 02-33-03□ 收稿日期:2011-02-17

□ 作者简介:李广军 /男, 1984年出生, 助理工程师, 硕士, 天津城

投建设有限公司, 从事地下结构施工管理工作 。

注:所示范围为抽条加固区域

4000300020001000

0-1000-2000-3000-4000

-3000-2000-10000100020003000

4000开挖前 开挖 -1开挖 -2开挖 -3固结 30d

竖 向 移 位 /m m

水平移位 /mm

Municipal and Public Construction

市 政 公 用 建 设

35

范文五：地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响

第

1卷　第6期地下空间与工程学报Vol.1

2005年12月ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringDec.2005

　　文章编号:167320836(2005)0620960204

地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响

卿伟宸,廖红建,钱春宇

1

1

2

Ξ

(1.西安交通大学土木工程系,西安　710049;2.机械工业勘察设计研究院,西安　710043)

摘　要:地下工程或地下洞室的修建会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响,对地面产生变形。本文基于黄土地层模型,采用邓肯-张的非线性弹性本构关系,考虑了隧道施工开挖过程中的支护、衬砌的影响,运用同济曙光分析软件,对黄土场地的地下隧洞埋深及其与邻近建筑物的距离对地表沉降的影响进行了数值分析,得出了有关规律性和有益的结论,可为黄土地区的地下工程建设提供一定的参考。

关键词:地下隧道;地表沉降;隧道埋深;水平距离

中图分类号:U455　　　　　　　　　　　:A

TheEffectConstructiononBuildingand

EarthTunnel

,Hong2jian,QianChun2yu

1

1

2

f,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,china;

2.ofGeotechnicalInvestigation&Design,MMI,Xi’an710043,china)

:constructionofundergroundprojectortheundergroundtunnelwillinfluencethesubsidingofadjacentbuildingontheearthsurface.Inthispaper,theDuncan-Changnon-linearelasticityconstitutivemodelisadoptedandtheinfluenceoftimberingandtheliningintheprocessofundergroundtunnelexcavationisconsidered,theinfluenceofthedepthofundergroundtunnelandthehorizontaldistancebetweenthetunnelandthebuildingonthesettlementisanalyzed.Someusefulconclusionaregained.Itcanoffersometheoreticreferencetotheconstructionoftheundergroundengineeringinloessareas.

Keywords:undergroundtunnel;groundsettlement;depthoftheundergroundtunnel;horizontaldistance

1　前言

无论是铁路隧道、公里隧道还是城市地下交通

已成为一个社会问题,对社会的发展起着越来越重

[1,2]

要的作用。尤其是在繁华的城市地区修建地下结构物时,必须考虑到对周围环境的影响。由于城市建筑物密集,因此在城市修建隧道等地下结构时,地下隧道的开挖必须以地表建筑物的正常使用为前提,过大的地表沉降会引起地表路面或建筑物的开裂,对其安全使用造成严重的影响。我们知

道,地表建筑物的沉降在隧道开挖过程中受很多因素的影响,除隧道施工工艺、施工进度、隧道结构外,还与隧道埋深、与周围建筑物的间距以及土体性质等有很大关系。因此,探讨隧道自身埋深和它与周围建筑物的间距对城市地下隧道的设计与建设有一定的理论指导意义。

世界各国中我国西北地区的黄土地层具有厚

[3]

度大、地层完整、发育良好的特征。因此对西部黄土地区地下洞室开挖和地下隧洞建设时与地面沉降之间的关系进行探讨,不仅对西安将来地铁的

Ξ

收稿日期:2005209205(修改稿)

作者简介:卿伟宸(19812),男,四川蓬安人,硕士研究生,主要从事岩土工程数值分析工作。基金项目:国家自然科学基金资助项目(50379043)。

2005年第6期　　　　　　　　　　卿伟宸,等:地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响961

设计与修建具有参考意义,而且对西部地区基础设施建设和地下工程建设都将会有很大的参考价值。

[4,5]

目前关于这方面的研究资料还不多,作者[6]

在文献进行了数值模拟分析,但未考虑施工开挖过程。因此,本文以黄土地层建地下隧道为基本模型,采用邓肯-张非线性弹性本构关系,考虑开挖施工过程,运用同济曙光分析软件,

对地表建筑物沉降进行模拟分析。探讨了隧道埋深对地表沉降的影响规律,以及地下隧道对地表建筑物沉降的影响范围。可望对黄土地区的地下工程建设提供一点的参考。

图1　计算模型简图

Fig.1　Sketchofcomputationm

odel

2　计算模型建立及参数的选取

地下结构的计算不同于一般结构物。首先,地

下结构与岩土介质结合成一个连续的或不连续的整体系统,相互作用,共同受力;其次,土介质材料一般呈不均质、各向异性的非线性性态;通常都处于二维或三维的复杂应力状态,例如隧道衬砌应按

[7]

平面应变和空间问题计算分析等。

因此,在实际中,一个非常复杂的问题,,:

(1);(2);

(3)将建筑物自重换算为等效的线荷载,取为100kNΠm。

2.1　计算模型的建立

2　网格划分图例(埋深14m)

Fig.2　Divisionofthegrid(atdepthof14m)

认为邓肯-张模型用于地下工程分析是比较理想

[9]

的。黄土的邓肯-张模型参数许多文献中已经给出。

邓肯-张模型是根据土体的双曲线型应力-应变关系推导而得,其切线弹性模量和切线泊松比可分别表示为:

2

σR(φ)(σσ)n

Et=1-

?KPa()

2c?cosφ+2σpa3sinφ

(1)

G-Flg(

场地计算模型如图1所示,隧道顶部圆拱半径

为7m,仰拱半径为14m。根据计算,边界取为隧洞等效直径的三倍左右,误差在10%以内。为了计算多种荷载工况,在水平方向取距隧洞中心100m处为横向边界,竖向取80m深处为下边界,能够更准确的得到问题的解答。图2给出了埋深14m的网格划分图例。

为了得到隧洞的埋深以及与地表建筑物的水平距离对建筑物沉降的影响,本文设计并计算了隧洞埋深H从6m到34m内的8种情况,同时在不同的埋深H下,取隧道与建筑物距离D从5到50m,每增加5m计算一次。2.2　土体本构模型邓肯-张双曲线模型能较好地反映黄土的非线性性状,被广泛地应用于岩土工程的数值分析[8]

中。在地铁工程的设计计算过程中,常常要求分析计算不要太复杂,又能接近实际。

而不少学者则

σpa

)

(2)

μt=

式中:

A=

(1-A)2

(σ)σ)(σRf(1-sinφ3n1-σ3)KPa()1-pa2c?cosφ+2σ3sinφ

(3)

　　可以看出邓肯-张模型中有8个参数c,φ,

Rf,n,K,G,F,d。这些参数可以由土的三轴试验

测得。表1为本文采用的邓肯-张模型参数。2.3　隧道施工计算步骤

本文中隧道采用分布开挖,在计算模型中设置了7个施工步,每个施工步设置了两个增量步。其中,施工步1～6皆为增量步1开挖,增量步2做喷

962地下空间与工程学报　　　　　　　　　　　　　　　　第1卷

锚支护。施工步7拆除支撑并做二衬。具体施工

过程见图3。

表1　黄土的邓肯-张模型参数

Table1　Duncan2Zhangmodelparametersoftheloess

K

n

Rf

φ(°)

24.5d

80c(kPa)

0.9G

0.799F

300.360.140.82

2.4　材料参数选取

计算所用的材料及其参数选取如表2所示。

表中参数E为弹性模量;A为截面积;γ为重度;I为惯性矩。

表2　材料参数

Table2　Materialparameters

参数

材料锚杆混凝土钢纤维喷层二衬仰拱

单元类型杆单元直梁(壳)单元

直梁(壳))E(kPa)2.1e82.8e72.8e7

A(2)2.1e80.30.5

γ

3

()

I(4)

782525

Π

0.0.0180.0104

3　计算结果及分析

3.1　建筑物与地下隧洞水平距离的影响

利用同济曙光分析软件通过对隧道与建筑物

在水平距离50m以内的10种不同情况进行计算,整理得出了如图4所示的地下隧洞与地表建筑物的水平距离D与地表沉降的关系曲线。

在图4(a)中,选取了隧道埋深为6m、14m、18m时水平距离与建筑物底部地表B处沉降的关系曲线。显然,从图中可以看出,隧道与建筑物的水平距离越小,曲线越陡,即隧道对建筑物的沉降影响越大。但当水平间距超过20m时,各曲线均趋于平缓,即隧道对建筑物的沉降影响不大,且不受隧道埋深的影响。在水平距离达40m时,建筑物地表B点沉降不超过7mm,表明当荷载水平间距超过40m时,可认为水平间距D

对建筑物沉降几乎没有影响。

在图4(b)中,选取了隧道埋深为6m、10m、14m时不同水平间距D与隧道顶部地表A处沉降的

图3　隧道施工步骤图

Fig.3　Stepsoftunnelconstruction

关系曲线。很明显,从图中可以看出,在

20m以

内,隧道与建筑物的水平距离D对隧道上方地表

2005年第6期　　　　　　　　　　卿伟宸,等:地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响963

5图4　水平间距对地表沉降的影响

Fig.4

　Influeneeofhorigontalgroundofthetunneldepthonthesettlement

oftheground

埋深大于22m时,对隧道地表沉降几乎不产生影响,也不受水平间距的影响。

沉降影响较大D超过20m以后,,的影响。3.2　隧道埋深的影响

同上,通过对地表下6～34m内8种不同埋深

(b)隧道埋深对地情况进行计算,整理出图5(a)、

表附近的建筑物和隧道顶部地表沉降的影响曲线。

在图5(a)中,选取了隧道与建筑物水平间距分别为5m、10m、15m、20m时,计算了不同隧道埋深时建筑物底部地表B处的沉降曲线。从图中可以看出,当隧道埋深约小于14m,且荷载作用距离在10m以内时,对地表沉降影响比较显著。当隧道埋深大于14m时,改变隧道埋深对地表建筑物沉降影响很小。尤其当隧道埋深大于22m时,对建筑物地表B点处沉降影响甚微。在图5(b)中,选取了隧道与建筑物水平间距为5m、10m、15m时,不同隧道埋深与隧道顶部地表A处的沉降关系曲线。同样,从图中可以看出,当隧道埋深约小于

14m时,对地表沉降影响较显著,且与建筑物的水平间距越近对地表沉降影响越大。当隧道埋深在14m以上时,曲线变化趋于平缓,即当隧道埋深大于14m时,在同一水平间距的情况下,改变隧道埋深对隧道顶部地表沉降影响很小。尤其当隧道

4　结论

在本文所选择的黄土参数、隧道尺寸以及开挖施工所用的材料参数基础上,经计算得到以下结论。

(1)地下隧道和周围建筑物水平间距对地表

沉降的影响为,在水平方向距建筑物约20m范围内开挖隧道,将使建筑物底部地表B点产生较大沉降;当超过20m时,隧道开挖对建筑物的沉降影响很小,且不受隧道埋深的影响;尤其超过40m后,对沉降几乎无影响。对于隧道顶部地表A点沉降的影响表明,当建筑物与隧道的水平间距大于20m时,隧道顶部沉降曲线变化平缓,影响甚微。

(2)地下隧道埋深对建筑物地表沉降影响为,当隧道埋深超过14m时,改变隧道埋深对建筑物底部地表B点的沉降影响不大,特别是当大于22m时,对建筑物的沉降几乎无影响。对隧道顶部地表A点沉降的影响结果表明,当隧道埋深在14m以上时,改变隧道埋深对隧道顶部地表沉降影响很小。尤其当隧道埋深大于22m时,改变隧道埋深对隧道顶部地表沉降影响甚微,且不受水平间距的

(下转第978页)影响。

978地下空间与工程学报　　　　　　　　　　　　　　　　第1卷

运输的关键是竖井提升,平均提升速度为10

3

min提升1.5m松碴,开挖进尺1.0m时,提升时间约2h。4.5　施工排水

施工中的渗水主要是岩石中的裂隙水,根据渗水压力可以判断裂隙水没有和江水连通,一方面注浆止水起到了作用,另一方面,覆盖层中的岩石、砂层以及河底淤泥层也有隔水作用。渗水段主要在洞口300m范围内,而江水最深处范围内的渗水却

3

较少。总渗水量为80～100mΠh。在隧道洞口处设集水坑,集水坑容量为100

3

m,为1小时的积水量,安设4台100流量、扬程150m的多级离心泵,安设4台水泵的原则是1台使用、两台备用、1台维修,这样确保3台水泵正常工作。同时,洞内备有小型潜水泵多台,用于掌子面和竖井抽水。排水管为φ100钢管,通过竖井排到地面沉淀池,沉淀后排入长江。水泵供电系统单独接入。并有发电机备用,若停电,立即启动发电机,首先保证排水。在越江隧道施工中,项重要的工序。

(3)安全管理措施包括制定涌水时人员撤离预

案并演习,严格按交底施工。

6　体会

(1)越江隧道的关键在于探明地下水,防止出

现涌水。

(2)超前水平探水是探测地质情况和涌水的有效方法。

(3)注浆止水是防止涌水的主要方法。

(4)开挖支护时坚持越江隧道的施工原则极为重要。

(5)越江隧道必须配备充足的排水设备和供电系统,保证24小时排水,防止因积水不能及时排出而淹没隧道。

(6),,岩,,选用(,渗水,未出现淹没隧道现象。

(8)该工程平均开挖支护进度每月超过100m,施工进度平稳。这是越江隧道的特点,采用超前探水和注浆止水后,施工进度达到百米成洞是很好的。

参考文献:

[1]　夏明耀.曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京:

5　安全措施

(1),探明地质条

件;,确保不发生涌水;弱爆

破减小对围岩的震动,强支护以防塌方;重视排水设备,确保渗水及时排出。竖井内设折返梯确保在紧急情况下,人员能从隧道内撤出。洞内设防水闸门,一旦出现涌水,人员撤出后立即关闭。电路采用两套系统,网电和发电机自发电,保证排水用电。

(2)安全组织措施包括建立安全责任制和安全检查制度。(上接第963页)

参考文献:

[1]　石文慧.当代铁路隧道发展趋势及地质灾害防治.铁

中国建筑工业出版社,1993

[2]　崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京:科学出

版社,2005

体变形的影响分析[J].岩石力学与工程学报,2004.

7,23(增1),4333-4338

[6]　蒲武川,廖红建,邵珠山.地下隧洞对地面沉降影响

道工程学报June1996,2(Ser.50)

[2]　黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下

的数值分析[J].地质与勘探,2003.8,39(增),145-149

[7]　孙均.地下结构有限元分析[M].上海:同济大学出

空间,2001,21(4),311～317

[3]　刘祖典.黄土力学与工程[M].陕西科学技术出版社,

1997

[4]　俞建霖,赵荣欣,龚晓南.软土地基基坑开挖地表沉

版社,1988

[8]　费正华,邓水明.应用邓肯-张非线性模型近似计

算路基沉降[J].中南公路工程,2001,26(3),15～18

[9]　冯卫星,常绍东,胡万毅.北京细砂土邓肯-张模型

降量的数值研究[J].浙江大学学报,1998,32(1),95～101

[5]　张新善,廖红建,张立.黄土地下隧道开挖对周围土

参数试验研究[J].岩石力学与工程学报,1999,18

(

3),327～330

转载请注明出处范文大全网 » 地下隧道工程论文地质问题处理