地表沉降监测

地表沉降监测（精选九篇）

地表沉降监测 篇1

随着城市建设的发展, 为了缓解城市交通堵塞、环境污染, 轨道交通已成为我国各城市公共交通发展的首选[6]。本文通过对杭州地铁四号线盾构施工过程中的地表沉降的监测控制, 及时有效的指导盾构施工, 保证盾构施工的顺利进行, 为其他盾构工程提供施工参考。

1 工程概况

杭州地铁四号线盾构区间全长约为720.733 m。工法采用土压平衡盾构法施工。结构形式为圆形断面, 盾构管片:内径为5.75 m, 外径为6.2 m。主要工程地质为粉砂夹砂质粉土和粉质粘土。地下水类型主要为第四纪松散岩类孔隙潜水和孔隙承压水, 深部为基岩裂隙水。隧道顶埋深9.4 m~16.2 m。

2 监测内容

根据本工程的特点及设计要求确定本工程的监测内容为地表沉降、拱顶沉降、净空收敛、建 (构) 筑物沉降和倾斜、管线沉降、现场巡视等监测项目。

3 基准点和监测点的埋设

基准点埋设:为保证基准点的稳定性, 根据施工进度和监测需要, 定期对基准点进行联测 (通常半个月) , 确保监测数据的真实可靠。基准点均应位于施工影响区以外相对稳定的地区, 点位要埋深, 其位置应方便由基准点向监测点引测。监测点的埋设:针对本工程的特点, 沿隧道中线方向每隔30 m距离布设一个监测横断面, 盾构始发和到达100 m范围内加密为20 m一个断面。横断面以隧道中心线点为中心, 监测点在隧道中心线左右15 m内均匀分布, 横断面方向测点间隔, 一般对称于轴线2.5 m, 3.5 m, 5 m, L m (L根据隧道埋深调整) 分别布设测点, 对地质较差的区域或经过重点建 (构) 筑物应适当增加测点。测点埋设采用水钻打穿地表硬化层, 取长度为1 m, 直径为18 mm的螺纹钢筋埋设于土体, 测点低于地面5 cm, 并加测点保护盖和监测点保护标志。

4 地表监测的实施

观测方法采用美国产天宝电子水准仪 (仪器型号:DINI03) 和2 m条码尺进行精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜按照二等水准测量要求严格控制, 闭合差不大于, 高程中误差不大于±0.15 mm, 相邻基准点高差中误差不大于±0.3 mm。首次观测应对测点进行连续三次较稳定测量值的平均值, 取平均值作为初始值。尽可能的布设导线网, 以便进行平差处理提高观测精度, 然后按照测站进行平差, 求得各点高程。施工前, 由基点通过水准测量测出沉降观测点的初始高程H0, 在施工过程中测出的高程为Hn。则高差ΔH=Hn-H0即为累计沉降值。

5 地表沉降监测频率

盾构区间监测时间从盾构机推进前一个月开始, 到线路运营结束。根据设计要求地表监测的频率为:开挖面距监测断面前后小于3D (D为隧道开挖宽度, 按6.3 m计算) 时, 每天2次;开挖面距监测断面前后小于8D时, 每天1次;开挖面距监测断面前后大于8D时, 每周1次。监测频率应配合施工需要, 当监测值达到报警值或出现异常情况应增加监测频率。

6 地表沉降监测结果分析

由于盾构区间较长, 特选取具有代表性的第26断面监测数据进行分析 (见图1) 。通过对26号断面曲线图的分析可知:在盾构掘进过程中, 地表监测点的数值是先上升然后下降最后稳定的一个过程。在第Ⅰ阶段盾构还没通过时, 由于盾构推进对前方土体的压力引起测点数值出现1 mm~3 mm的隆起;第Ⅱ阶段由于盾构通过左线使左线正上方测点的数值在短时间出现明显下沉, 最大日变量达到-9 mm左右, 超出了日变量的报警值, 右线无明显变化;第Ⅲ阶段由于左线盾构穿过后右线盾构机还没到达, 左右线处于相对稳定的阶段;第Ⅳ阶段由于右线盾构机穿过使右线正上方地表出现下沉, 最大日变量可达-5 mm左右, 最大变化量小于左线穿过时的地表变量;第Ⅴ阶段由于左右线盾构都已经通过测点数值开始趋于稳定。

通过对26号断面曲线图分析还可以看出:位于盾构正上方的监测点DM26-4, DM26-8, DM28-4, DM28-8在盾构通过时变化较大, 其他测点的沉降值随与隧道中线距离的变大而变小。盾构施工对地表沉降的影响时间比较短, 各监测点数据变化最大的都发生在盾构穿过时的1 d~3 d左右, 等盾构穿过后开始趋于稳定。

7 结语

在进行盾构施工时盾构掘进所引起的地表沉降是不可避免的, 但为了能有效、及时地将地表沉降控制在一定范围内, 应该做到以下几点:

1) 结合工程特点编写有针对性、可实施性高的监测方案。

2) 在监测过程中确保测点的完好, 按照专人扶尺专人测量的原则进行监测, 保证监测原始数据的完整性, 且不得涂改或者删除, 计算有问题必须及时进行复测, 要保证监测数据的真实性和连续性。在盾构掘进到重点建 (构) 筑物或者出现日变量、累计变量报警时一定要加强现场巡视并主动增加监测频率, 及时反馈监测信息, 有效配合盾构施工。

3) 如现场发生险情应第一时间启动监测应急预案, 采取相关措施, 直到险情结束监测数据稳定为止。

4) 地表趋于稳定的时间较短, 从盾构机穿过某测点到该测点趋于稳定大概历时一个月左右。

5) 从断面看, 地表沉降影响范围是以隧道为中心向两侧15 m左右。

摘要：结合杭州地铁四号线盾构工程的特点及设计要求, 确定了该工程监测的内容, 介绍了基准点和监测点的埋设位置, 并对地表监测的方法步骤进行了论述, 同时分析了监测结果, 保证了盾构施工的安全进行。

关键词：地表沉降,监测,盾构,基准点

参考文献

[1]GB 50308-2008, 城市轨道交通工程测量规范[S].

[2]JGK/T 8-2007, 建筑变形测量规范[S].

[3]GB 50446-2008, 盾构法隧道施工与验收规范[S].

[4]GB 50026-2007, 工程测量规范[S].

[5]GB 12897-2006, 国家一、二等水准测量规范[S].

地表沉降观测具体怎么做？ 篇2

进行地表沉降观测，要在测区内选定适量的水准点作为地面观测点，并埋设标志，同时在沉降范围外的稳定处设置适量的基准点，为了缩短基准点到观测点的距离以减少观测点的高程误差，也可把基准点设在沉降范围内，但必须设法使基准点的高程不受地表沉降的影响。

例如采用深埋钢管标，它是把钢管底部锚固在基岩上，外面用套管保护; 或埋设双金属标，即用膨胀系数不同的两根金属芯管放在同一根套管中，根据两芯管顶端由温度变化而引起的高差变化，推算出每根芯管顶端由温度变化引起的高程改正数。在一个测区内至少要设置3个基准点,以便通过联测验证其稳定性，

从基准点出发用水准测量方法测定各观测点的高程。

水准线路常分两级敷设。首级水准线路用精密水准测量(见高程测量)方法施测，构成网形，并附合在基准点上。然后在首级点之间用稍低的精度敷设低一级的水准线路，用以测定其他观测点的高程。不同日期两次测得同一观测点的高程之差，即代表地面高程在这两次观测期间的变化。为便于分析，常把同一时期内各点沉降量标记在地形图上，并勾绘出等沉降曲线;对一些有代表性的观测点，则常绘制沉降量同时间的关系曲线。有了地表沉降观测的大量资料，就可以用数理统计方法分析沉降规律，预计沉降的发展趋势，分析沉降同影响因素之间的关系。

隧道浅埋段地表沉降监测评价研究 篇3

主要工作有:探讨隧道开挖引起的地表沉降机理,包括地层沉降机制、隧道开挖的地表纵向变形规律;分析隧道开挖作用下常见的地表损害形式,设计此浅埋隧道的沉降基准值、点位布设及监测精度与周期;最后模拟分析监测结果对此次监测方案进行评价得到此浅埋段隧道的地表沉降随隧道开挖的规律以及本身的累计沉降规律。

1 监测方法

1.1 工程概况

草坪子隧道桩号为:K39+077至K43+737段,全长4660m。

草坪子隧道上行线进口段位于陡坡之上,坡度45°～80°,边坡总体稳定。围岩为弱风化云母石英片岩,岩体破碎,层理发育,洞顶稳定性差,围岩级别为Ⅳ级。

草坪子上行线洞身段,围岩为微风化云母石英片岩为主,围岩较完整,结构面较发育,以层理为主,层面胶结紧密,地表水活动中等,围岩稳定性一般,围岩级别为Ⅲ级。

由于上、下行隧道洞口段净间距为20m,草坪子隧道下行洞口段及洞身段的地质条件与上行基本一致。

1.2 沉降原因初探

(1)地层土体特征。隧道开挖后自然拱的形成与否对地层和地表沉降的影响较大。开挖过程中若形成了自然拱现象,则其对地表沉降的影响就小,反之若未形成自然拱,则影响大。

(2)地下水。在隧道施工过程中,地下水会不断流出,形成水流通道。地下水通过水流通道不断流出会导致地层继续失水,增大土层间的空隙,将导致地层、地表出现大范围的沉降。

(3)地层应力释放。在一些存在多孔介质土的地层中,随施工进行,地表沉降以及地层应力释放的速度会加剧,坍滑面产生的可能性也将增大,结果显示地表大范围的沉降。

(4)隧道相互作用的叠加。隧道双方向同时开挖对地层影响相较于单向开挖隧道而言严重许多,双方向同时开挖降会导致地层出现突然松弛的现象,并可能会持续产生变形,变形幅度也比较大。

1.3 监测内容

根据规范及业主要求,在隧道进、出口端浅埋地段实施地表沉降监测。沉降观测一般来说由3类点组成:基准点,指埋设在变形影响的范围之外的点位,其特点是能保持长期稳定,是作为观测的起算点;工作基点,量测时基准点和观测点之间的联系点,用来测量工作基点相对于基准点的沉降值并利用其位置作进一步测量工作;观测点,与工作基点之间要有便利的观测条件,直接埋设在待测对象上,其点位变化反映着测量对象空间位置的变化。

所使用的量测仪器为水准仪、水准尺等。在实际操作中,在此隧道进出口端布设30个地表下沉量测断面,水平间距为5m,每断面布置5～7个测点(根据地形条件和通视条件确定),进出口合计监控30个断面。测出每个桩点的高程随时间的变化量。

1.4 监测周期与频率

在施工期间,须严格依据设计要求进行沉降观测。原则上,应根据其大小变化确定各监测项目的观测频率,对于不同基线和测点,由于位移速率的差异,应依据产生的最大位移量的大小设计监测频率,并且断面内所有测点都要以相同频率进行量测,至少每3d观测1次。此项目监测的频率见表1,其中,B为隧道宽度值。

2 数据处理与分析

2.1 监测数据整理

地表沉降监测是为保证工程施工的安全以及施工完成后的正常使用。地表沉降监测须对隧工程提供确切帮助,指导工程施工保证安全并效益最大化,以达到预期的监测目的。

量测点的沉降曲线可清晰反映沉降趋势、幅度以及规律,这对判断隧道的施工是否符合要求意义重大。由于各个沉降点的坐标类型一致,因此可将各点变形曲线在同一沉降图中进行绘制,进而比较某一断面的沉降状况。由于在整个隧道中进行地表沉降监测数据众多,本文选取了3个代表性断面进行数据整理(图1-3)。

2.2 监测数据分析

由隧道进出口位置即K3 9+077与K43+737处断面的地表沉降累计时态曲线可发现以下特点:

(1)前期的沉降量变化波动较大,1个月后基本进入稳定期;

(2)沉降会出现正数,即产生短时间的地表隆起现象;

(3)在量测期间日沉降值与时间并无线性相关关系;

(4)累计沉降值变化集中在前1个月,沉降趋势逐渐增大,后面的累计沉降值基本保持相对不变。

在量测的前1个月,沉降量的分布毫无规律,从图形上可看出波动较大,甚至有些时期的沉降量还出现正数,这一现象有别于沉降监测常理。分析这种现象的产生可能原因如下。

在隧道刚开挖位置,地表沉降监测点距离开挖的掌子面近,隧道开挖工作也刚刚开始不久,因此地表沉降受影响较大。其中沉降影响主要有开挖土体卸载以及开挖掌子面推进引起的沉降,此类沉降称为开挖地表沉降。此外,开挖会使隧道本身岩石土层受扰,土体会因压缩产生变形,这种原因引起的沉降称为次固结沉降,土体随地下水的流失也会相应引起地表沉降。这便是前期隧道地表沉降较大且波动的原因。而在开挖过程中出现的不符合沉降机理的地表隆起可能是由于雨水冲击使得隧道地表土地膨胀,产生短时间的地表隆起。

在隧道约中间位置即K41+400断面处,即可从图2中发现隧道地表的沉降特点与进出口位置总体特点保持不变,只是在沉降量与沉降时间上有些区别。其中K39+077断面累计平均沉降约14.84mm,K41+400断面累计沉降为23.76mm,K43+737断面累计沉降为34.8mm。沉降数值从大到小排列依次是K43+737,K41+400,K39+077这是由于隧道的开挖方向与道路里程方向刚刚相反。由此可得出这样的结论,隧道开挖初期的施工对地表沉降有较大影响,开挖到一定程度时对地表沉降的影响将逐渐减小,在隧道开挖完成时对地表的沉降影响最小。

通过对K41+400以及K43+737约断面的中间点位进行累计沉降的曲线拟合,得到的结果见图4,5。

从图4,5可以发现隧道中间(即K41+400)的断面处点位累计沉降的拟合精度很高,为0.9973,而在隧道出口断面处点位累计沉降的拟合精度比较低,为0.6166,其原因是由于开挖对隧道地表扰动大。去除前面扰动大的点位后再次进行拟合后得到的结果见图6。

此时的拟合精度也非常高,为0.8535。由此说明,用时间对数拟合法对隧道的地表沉降进行拟合的可行性很高。

3 结束语

对隧道地表沉降的特点以及原因进行相关探讨,得出结论如下。

(1)隧道地表沉降的速率与工程施工密切相关,随着隧道开挖的进行,隧道地表沉降初期波动,后期稳定,并且掌子面的距离远近对地表沉降存在明显影响,距离近则影响大,距离远则影响小。

(2)隧道地表的累计沉降值与量测时间存在一定函数关系,可近似用时间对数法进行拟合,且拟合精度较高。

摘要：依托草坪子隧道浅埋暗挖段地表沉降监测项目,对隧道浅埋暗挖施工过程中引起的地表沉降进行了监测,探讨了隧道开挖引起的地表沉降机理,分析了隧道开挖作用下常见的地表损害形式,最后模拟分析监测结果对此次监测方案进行评价得到此浅埋段隧道的地表沉降随隧道开挖的规律以及本身的累计沉降规律。

关键词：公路隧道,浅埋,沉降规律

参考文献

[1]张晓妮.高速公路隧道中地表沉降监测及有限元分析[J].湖南交通科技,2006(3).

[2]安永林.隧道施工时地表沉降监测控制标准探讨[J].岩土力学,2009(S2).

地表沉降监测 篇4

地表水样品沉降环节对重金属测定结果影响分析

摘要：地表水监测相关标准要求在进行地表水监测时对样品进行沉降处理,在实际工作中,沉降方式不统一.对几种不同的地表水沉降方式进行分析比较,实验结果表明地表水监测中样品沉降环节对重金属测定结果影响很大,采取不同的.沉降方式是造成重金属测定结果缺乏可比性的重要原因.作 者：潘本锋    李莉娜    尚乃春    张梦华    PAN Ben-feng    LI Li-na    SHANG Nai-chun    ZHANG Meng-hua  作者单位：三门峡市环境监测站,河南,三门峡,47 期 刊：环境科技  ISTIC  Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：, 23(5) 分类号：X8 关键词：地表水    监测    沉降    重金属   

地表沉降监测 篇5

深基坑开挖难度大, 风险大, 影响因素多, 不同地区围护结构形式差异大, 某地区深基坑开挖引起的变形规律应用于其他地区的基坑工程往往存在适用性的问题。本文以郑州地铁2号线某站明挖基坑工程为研究背景, 结合现场实测数据, 找出基坑开挖过程中地表沉降的影响因素与有关规律, 为郑州市后续地铁车站基坑以及其他基坑工程的设计和施工提供一定的指导借鉴。

1 工程概况

郑州地铁2号线与8号线换乘站, 位于花园北路与东风路交叉口西南方向蓝堡湾地块, 沿花园路南北向布置。大致位置如下图所示。

车站站台中心里程为YCK15+032.570, 车站起讫里程为YCK14+959.570~YCK15+148.270, 全长188.7m。主体结构为地下二层双柱三跨箱型结构, 顶板平均覆土厚度约3m, 车站底板埋深18.29m, 采用12.5m双柱岛式站台, 车站标准段宽度为21.3m, 盾构井宽度为25.4m。

车站主体结构上方为蓝堡湾地块裙房建筑, 偏压在车站主体结构西侧两跨。裙房设地下室三层, 开挖深度约17m。车站基坑围护结构东侧临近花园路, 采用Φ1300@1500钻孔灌注桩, 嵌固深度13m, 止水帷幕采用Φ850@550搅拌桩。基坑竖向设5道Φ200预应力钢绞线锚索。桩顶设冠梁, 冠梁上设钢筋混凝土挡墙。锚索水平间距为1.5m, 腰梁采用2I28b、2I32b。

2 监测方案

一般基坑临近地段, 土体受扰动程度最大, 通常称之为强烈影响区。随着向外扩展, 根据扩展距离的大小分别可划分出显著影响区和一般影响区。当工程周边环境处于影响区范围内时, 需要进行安全风险监控, 且在不同的影响区内, 对监控对象相应采用不同的监控手段、监控项目及监控指标等。根据不同的土质条件, 把基坑周围地段按其受基坑工程扰动的程度划分为3个区, 其中Ⅰ区为受扰动最大区, Ⅱ区为受扰动较小区, Ⅲ区为基本不受扰动区。具体见图2-1。

2.1 监测点布设:基坑外50m范围内, 测点间距5 m-15 m。

2.2 监测仪器:精密水准仪、测斜管、测斜仪。

2.3 重点监测对象:基坑10m内测点。

2.4 监测频率:

地表/管线, 基坑外10m内1~2次天, 基坑外10m-20m内1次/2天, 基坑外20m-30m内1次/3天, 基坑外30m内1次/周。桩体测斜, 1-2次/天。

3 监测数据分析

基坑围护结构1-16轴、20-30轴采用围护桩+钢支撑结构 (三层) , 16-20轴采用围护桩+锚索结构。基坑东西侧布置12个地表监测断面, 其中东侧两排测点、西侧两排测点, 北端1个监测断面, 3个测点, 见下图3-1和3-2。根据统计数据, 有效地表监测测点共69个。

东风路站共统计地表监测点77个。东风路站呈南北向布置, 基坑围护结构1-8轴、19-24轴为支撑+围护桩结构部分, 8-19轴基坑东侧为围护桩+锚索结构, 西侧为放坡开挖段, 因此监测数据根据围护结构分3部分分析。

3.1 基坑支撑+围护结构地表沉降分析

基坑围护结构1-8轴, 19-24轴地表沉降监测点主要取基坑DB-1/2/3/4/10/11/12/13断面东侧四排点, 基坑西侧两排点, 以及基坑东西端DB-14断面分布点。

基坑东侧, 西侧围护结构桩部分各测点断面最终沉降值分布曲线见下图3-3和3-4。

如上两图所示, 基坑东侧大部分监测点越靠近基坑, 累计沉降值越大, 基坑东侧沉降值最大值测点DB-4-3累计沉降-34.62mm。基坑西侧靠近基坑监测点不同程度出现隆起, 基坑西侧隆起最大值测点DB-3-5隆起11.62mm, 基坑西侧累计沉降最大值测点DB-3-6累计沉降-10.51mm。

3.2 基坑东侧锚索+围护结构地表沉降分析

基坑8-19轴东侧, 各测点主要为DB-5~10断面, 最终沉降值分布曲线见下图3-5。

如上图所示除DB-9断面沉降最大值测点为靠近基坑边缘最大值测点, 其余断面最大值测点位于基坑外第三排测点, 锚索段最终沉降最大值测点为DB-6-2, 累计沉降-31.95mm。

3.3 基坑西侧放坡段+围护结构地表沉降分析

基坑6-21轴基坑西侧, 各测点主要为DB-4-10断面, 最终沉降值分布曲线见下图3-6。

如上图所示, 除DB-9-5/DB-10-5测点外, 其余靠近基坑边缘测点最终沉降值大于远离基坑边缘沉降值, 最终沉降最大值测点DB-10-5累计沉降-28.94mm。

分析统计, 基坑地表沉降所用有效测点共计77个, 监测最大值分布测点个数统计见下表3-1所示:历史沉降最大值主要分布在-30-5mm区间, 占测点总数的94.81%。

监测点最终沉降值分布图见下图3-7所示, 大致呈正态曲线分布, 最终沉降值主要分布在-30~5mm之间, 占测点总数的90.92%。

地表监测速率最大值所用有效测点77个, 监测速率绝对值最大值统计如表3-3所示。

地表监测最大值速率绝对值分布图见下图3-8, 由下图可知, 大部分监测点速率分布在0~2mm/d区间, 占测点总数的54.85%。

4 监测数据总结与结论

根据地表监测点累计沉降/隆起最大值, 最终值统计, 90%以上的地表监测点累计值控制值在-30~5mm范围内。在设计控制值范围内, 基坑东侧靠近基坑边缘测点沉降值较大, 基坑西侧相反。55.85%的测点每日变形速率绝对值最大值在设计控制值±2mm/d以内。

综合工点地表沉降累计值及变形速率统计分析, 该车站双控值较差, 综合分析与周边环境存在一定关系, 车站东侧基坑边缘距离花园北路较近, 不大于10m, 周边环境相互影响因素较多。另外, 车站基坑锚索施工是引起地表沉降的另外一个重要原因。

参考文献

[1]赵锡宏, 李蓓.大型超深基坑工程实践与理论[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]蒋国盛, 李红民, 管典志.基坑工程[M].北京:中国地质大学出版社, 2000.

[3]高大钊.深基坑工程 (第2版) [M].北京:机械工业出版社, 1999.

[4]夏才初.李永盛.地下工程测试理论与监测技术[M].上海:同济大学出版社, 1999.

[5]胡中雄.土力学与环境土工学[M].上海:同济大学出版社, 1997.

[6]程良奎.张作, 杨志银.岩土工程加固实用技术[M].北京:地震出版社, 1994.

地表沉降监测 篇6

一、2204工作面地质采矿条件

2204工作面北临2202工作面采空区, 东部、西部及北部皆无采动影响, 无村庄保护煤柱。本煤田可采煤层为二1煤层, 2204工作面上方表土层厚度平均为84 m, 工作面设计简单, 形状规整, 受外界影响因素相对较少, 但由于上方为赵城水库, 地表移动观测站设计相对较难。夏季雨水相对较多, 表土遇水较黏, 对外业观测有一定影响, 冬季冻土层较薄。

二、岩移沉降观测线位置的确定

1. 设计参数的选取。

为准确反映地表岩移情况, 观测线应设置在能够达到充分采动的地表移动盆地的主断面上, 故根据临近矿区地表移动规律选用设计参数。各参数的选取:上山移动角γ=75°, 上山移动角的修正值△γ=20°, 下山移动角β=78°-0.6α, 下山移动角的修正值△β=15°, 走向移动角δ=75°, 走向移动角的修正值△δ=20°, 最大下沉角θ=90°-0.4α, 松散层移动角ψ=45°。

2. 倾斜观测线位置的确定。用公式:

公式 (1) 中, δ为走向移动角, △δ为走向移动角的修正值, H0为回采工作面平均开采深度, H为松散层厚度, Ψ为松散层移动角。参数根据临近矿区地表移动规律选用:

为保证观测线设在移动盆地主断面上 (因受赵城水库影响) , D2取267 m, 即停采线向开切眼方向偏移267 m为倾向观测线位置。

3. 走向观测线位置的确定。根据一般规律为使走向观测线建立在主断面上, 用经验公式:

公式 (2) 中, α为为煤层平均倾角, θ为为最大下沉角, k为为系数, k取0.4, α取15°, 代入公式θ=84°。

由公式OM=H0×cotθ=423×cot84°=44.213 m, 取OM=44 m, OM为沿倾斜方向从工作面中心平移的距离, 即为走向观测线位置。

4. 观测线长度的确定。倾斜观测线长度的确定:

取825 m。

5. 走向观测线长度的确定。由于走向观测线受地理条件限

制, 故布设半条观测线:

取700 m。

6. 地表岩移观测站如图1所示。

三、岩移观测点的数目及密度的确定

在采动过程中, 需要定期观测测点的空间位置, 以反映地表点的移动情况。因此, 测点的埋设深度应在本地区冻土深度以下0.5 m, 并保证它和土层密实固结, 以使测点和地表一起移动。因本地区开采深度较深 (平均深423 m) , 则各观测点的间距为30 m。根据观测线的长度可以在工作区域内倾向观测线上设置测点27个, 依次编号为Q1, Q2, …, Qn。在走向观测线上设置测点23个, 依次编号为Z1, Z2, …, Zn。

四、沉降观测点的观测

在观测点埋设好10~15 d、点位固结之后, 首先进行观测站控制点与矿区控制网之间的联测, 以确定控制点的平面位置和高程。然后再根据它来测定工作测点的平面位置。连接测量可按定向基点的测量精度 (点位误差小于7 cm) 要求进行。观测线工作测点的平面位置, 从已知坐标的控制点, 按5导线测量的精度要求确定。

五、观测数据分析

大跨度隧道施工地表沉降分析 篇7

关键词：隧道,大跨度,地表沉降,双侧壁导坑法

1 工程概况

广州地铁二号线公园前站—纪念堂站区间,在YDK14+180～YDK14+202处形成左线、右线、存车线、渡线四线并存段,从而形成了长度为22 m,开挖跨度达21.6 m大跨度隧道。这样跨度的隧道在国内还是首座,即使在亚洲也是罕见的。

该大跨度隧道所处地面环境非常复杂,右侧紧靠市政府大楼,附近有一棵百年古树为保护文物。左侧为连新路和市建委大楼,附近有一棵历史纪念树。因此,要求施工时必须严格控制地表变形和地下失水,保证地面和地下结构物的安全。

2 开挖设计及计算

2.1 双侧壁导坑法设计

根据双侧壁导坑法设计开挖步骤,大断面开挖时各个开挖部位之间在空间上前后要有一定的错开距离,以减少同步开挖相互之间的影响及引起地表较大沉降,产生施工不安全因素,由此确定各步开挖的最小错开距离。如表1所示为开挖步骤与前后错距,如图1所示为大跨度隧道施工步骤[1]。

2.2 ANSYS数值模拟施工[2]

计算直接选取中间断面YDK14+190来分析建模。洞顶覆盖地层从上到下分别为松散杂填土3 m,少粘性粉土2.50 m,全风化砂岩2.8 m,全风化含水量砾砂岩6.9 m,隧道穿过的地层为强风化含砾砂岩和中风化砂岩及粉砂岩。模拟施工作了一定的简化,把施工分为双侧壁导坑施工、上导洞施工、下导洞施工以及二衬混凝土施工。前3个步骤各有2个时间子步,共计7个时间子步。如图2所示为二衬混凝土施工的有限元模型。

2.3 地表沉降曲线分析

通过对7个时间子步的数值模拟得出了地表的沉降槽曲线。如图3所示为YDK14+190断面地表的沉降槽曲线。

从图3中可以看出:在双侧壁导坑施工的2个时间子步中的地表最大位移为1.9 mm,在上导洞施工中的第1个时间子步中地表最大位移为8.6 mm,第2个时间子步中地表最大位移为13.1 mm,说明在第2步施工中控制地表沉降是整个施工的关键部位。在下导洞施工中的2个时间子步中的地表最大位移为13.4 mm,是上一步的102%,第3步并不影响地表沉降。在二衬混凝土的施工中地表最大位移为14.1 mm,比第2步增长7.6%,比第3步增长5.2%。说明在二衬混凝土施工中,拆除临时支护时,会使地表沉降有一定的增长。施工中应严格控制施工工艺,以免拆除不当而带来地表沉降值的增加。

3 结语

通过有限元程序ANSYS对浅埋暗挖大跨度隧道的开挖与支护进行平面数值模拟。 结果均在施工技术控制标准(+1 cm～-3 cm)范围内。说明利用双侧壁导坑施工的方法确实有效。

结果表明:二衬混凝土施工完毕后的地表最大位移为14.1 mm,比下导坑施工增长7.6%,比上导洞施工增长5.2%。说明采用双侧壁导坑法施工是可行的。

参考文献

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]李权.ANSYS在土木工程中的应用[M].北京:人民邮电出版社,2005.

浅谈地铁盾构施工地表沉降及其控制 篇8

盾构法施工技术已经历100多年,虽然其技术随着盾构机等性能的改进有了很大的发展,但都不可避免地引起对地层的扰动,从而引起地层变形及地面沉降,特别是在修建软土城市盾构隧道中尤为明显。即使采用当前先进的盾构施工技术,也难以完全防止地表沉降以及地层水平位移的发生。地面沉降,是指由于施工引起隧道周围土体的松动和沉陷,它直观表现为地表。

2 地表沉降机理和特点

2.1 沉降机理

盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,是地面沉降的基本原因[1]。

由于盾构推进过程中的挤压,超挖和盾构尾部的压浆作用,对地层产生扰动,使隧道周围地层产生正、负超孔隙水压力,从而引起地层沉降称为固结沉降。固结沉降可分为主固结沉降和次固结沉降。主固结沉降为超空隙水压力消散引起的土层压密;次固结沉降是由于土层骨架蠕动引起的剪切变形沉降。

地面沉降的主要原因有以下几点:

(1)开挖面前方土体崩塌或盾构机推力过大引起开挖面土压力失衡;

(2)作用于盾构机的外力(千斤顶载荷)变化;

(3)盾构机一土体间摩擦引起的土体挤压剪切效应;

(4)盾尾间隙以及在盾构隧道管片衬砌背后的注浆所引起沉降;

(5)因盾构机操作引起的过量取土;

(6)因地下水位变化引起孔隙水压力变化而导致的长期固结沉降。

2.2 沉降特点

盾构推进施工引起的地表和土体沉降位移的历时变化一般分为盾构到达前、盾构到达、盾构通过时、盾构通过、后续沉降5阶段。

(1)盾构到达前的超前沉降:测点离盾构切口3～20m范围内所发生的隆、沉变化。一般发生沉降,但沉降量很小,主要是盾构掘削面引起的地下水位降低而发生的。

(2)盾构到达时的隆沉:测点离盾构切口0～3m范围内所发生的隆沉变化。当盾构设定土压值较大,推力较大,出土量小于100%时,地表呈隆起;当设定土压值较小,推力较小,出土量大于100%时,地表开始发生沉降。

(3)盾构通过时的沉降:在盾构切口至盾尾范围内,一般发生沉降,主要由盾构超挖、纠偏引起。

(4)盾尾通过后的隆沉:盾尾离开测点0～5m范围内,因注浆的不及时而发生较大沉降;若采用同步注浆,并及时充足地注浆,则不易发生沉降,若过量注浆,则产生隆起。

(5)后续沉降:由于盾构施工过程中因挤压、超挖、蛇形、注浆等扰动土体后,土体缓慢固结产生的沉降。其特点是沉降时间很长,但沉降速率逐渐减小。

从随道横剖看,单线隧道沉降槽曲线似正态分布曲线,双线隧道的沉降曲线类似单线隧道沉降槽曲线的叠加,且在大多数情况下第一条隧道引起的地而沉降较第一条隧道为大。

从隧道纵剖看,地面沉降主要特点:一是在盾构掘进面的前方可能产生地表隆起;二是施工时,除土体损失引起的沉降外,还存在盾尾空隙导致的沉降。

施工实践表明:盾构施工引起的地表沉降5个阶段的累积沉降量一般可控制在30～50mm;横向地表沉降的影响在隧道轴线两侧6m范围以内。

3 地面沉降影响因素

盾构法施工引起地表沉降的因素相当复杂,除与地层条件密切相关外,还与盾构掘进时的掘进速度、推进压力、出土速度、注浆时间、压力、注浆量等有关根据工程经验,一般认为地表沉降主要有以下儿个影响因素。

3.1 注浆

在盾构推进中地层沉降控制效果受到注浆的影响。注浆包括注浆压力、注浆量、有效注浆范围、加固体的强度提高程度、后挖隧道对其产生的扰动等诸多因素的综合制约,注浆对改良地层性状、有效降低地面沉降可起到积极的控制作用。

3.2 盾尾建筑空隙

当盾构刚开始顶进土体,管片尚未脱出盾尾时,周边土体紧贴盾壳外周表面,盾尾建筑空隙可以认为为零。当盾构继续向前推进,盾尾环状钢壳随着盾构千斤顶顶出而前移,致使第一环管片脱出的瞬时,在周边土体和管片外侧之间形成空隙。在没有及时注浆的情况下周边土体势必因失去受力平衡而产生位移、塌落,直至填满所有空隙并达到新的应力平衡状态。

3.3 地表硬壳的影响

现场测试和理论计算均表明盾构推进的正常情况下浅表层与深层土体沉降是一致的,但深层土体沉降量大,对施工较为敏感。城市地表表层往往存在坚硬的混凝土地坪、柏油路面层等,具有比下覆土层大得多的变形模量、抗弯刚度及抗变形能力,因而导致地面沉降量远远小于深层扰动土体的沉陷量,易造成地层沉降小的假象,同时因硬壳层和下伏地层的脱开、孔隙扩大而带来潜伏的隐患。例如,在上海市地铁隧道施工中,四川南路加油站深层土沉陷达20cm,但是地面沉降量却小于5cm。另一方面,在下部隧道先行推进的情况下再推进上部隧道会导致地层最大沉降量增长3倍左右的特点。

3.4 其它因素对地面沉降的影响

盾构施工中的一些技术问题,如盾构纠偏、盾构临时停顿或后退及推进速度、出土量的变化等,都对地表沉降有影响。但这些因素较复杂,有的影响是局部的。

4 施工沉降控制技术

施工中会造成地层的地层损失、原始应力状态变化、土体固结、土体的蠕变,还可能发生支护结构的变形等情况,所以,进行地层沉降控制,其出发点是保持或者加强原有地层的稳定性维持其稳定的应力平衡状态。

4.1 施工监测反馈

盾构施工监测的项目有地表沉降、土体沉降、土体变形、土压力、孔隙水压力、建筑物沉降、裂缝、隧道衬砌土压力、应力、变形、盾构开挖面土压、推力、出土量、注浆量、盾构姿态等,盾构施工监测项目以及方法见下表。

4.2 提高注浆技术

因为注浆材料本身的体积收缩,使填充孔隙的材料在一段时间后会出现萎缩。因此,注意注浆时候的每一道工序,可以有效减少注浆引起的地面沉降。

4.2.1 选浆

选用的浆液应具备以下特性:

(1)有略低于周围土体的容重,具有一定的抗剪强度和压缩系数,浆液稳定后其C、值高于周围土体的相应指标。

(2)静态下有一定自立性和强度,经扰动后有一定的流动性,可泵送性好,能均匀地充满各种间隙。

(3)体积收缩率小,压缩系数、压缩指数小,浆液不易析水,在振动荷载作用下不发生振动液化。

4.2.2 注浆速度

注浆速度确定的原则是使浆液充填速度与盾构掘进速度一致,如注浆过快易造成盾尾漏浆,如注浆过慢则注浆充填效果不易达到。实际施工中注浆速度根据掘进速度调整。

4.2.3 注浆时间

盾尾注浆的压注时间对于注浆施工效果的影响明显,若注浆不及时,尤其是在地层变形发生之后再进行注浆,则达不到预期的注浆效果。因此,浆液的压注时间应以管片脱开盾尾时为最佳,注入浆液的时间应与管片推进一环的时间相同。

4.2.4 注浆部位的分配

有目的地选择等角度分布于盾尾外壳的注浆管进行注浆,根据不同的地质条件及控制标准,确定各个注浆管的注浆压力与注浆量,能使“漂浮”于浆液中的隧道尾端产生可控位移,既可改善隧道轴线原有的偏差,又可有效改善管片与盾尾的挤卡状况。

4.2.5 加强跟踪注浆,减小后期沉降

盾构施工后期沉降(盾尾后3D范围外)虽然沉降发展速度较慢,但其累计值还是相当可观的,其累计值占到总沉降量的50%左右。修建盾构隧道所引起的地表沉降量更多地产生于施工后期,即长期固结期,而受施工阶段盾尾孔隙、壁后注浆和施工围岩扰动等影响相对较小。后期沉降主要是由土体的固结沉降造成。对于地面有较重要的建筑物来说,除在盾构推进过程中精心施工外,利用跟踪压注固结浆液的方法控制后期沉降是一种效果良好且必需的手段。

4.3 基础托换

地铁盾构施工地面沉降问题主要是影响周围建筑物,因此,为了控制地面沉降,采取基础托换的方式,对基础进行加固,控制地面沉降,也不失为好方法

4.3.1 障碍物调查

对隧道沿线的障碍物进行调查,调查地下构筑物、埋设物、水井以及已建地下工程的记录,掌握障碍物的概况,不仅调查障碍物的位置、形状,还需调查原有构筑物的重要性、用途、工作状况以及周围环境。

4.3.2 确定解决办法

在障碍物的确认基础上,在拆除障碍物的可能性和用基础托换两者比较,确定是否使用托换。

4.3.3 基础托换施工方法

由于构筑物形式和重力的不同,采用不同施工方法

(1)承压板方式

常用的托换方式,即在原有构筑物的基础下面浇筑整体钢筋混凝土承压板。在承压板和基础之间用液压千斤顶进行临时支承。

(2)新设桩基础方式

在盾构隧道的规划设计线路上遇到桩基时,采用这种方法。在旧桩承载力向新桩转移过程中,可采用液压千斤顶实施预加荷载,并对原构筑物荷载、位移情况进行监测。完成新桩预加荷载之后,在构筑物和承台之间的空隙浇筑混凝土予以充填固结。

(3)新设桩基和承载板并用方式

该方式与新设桩基类同,但将新桩及其承台当作承压板,在承台和构筑物基础之间设置液压千斤顶和支承千斤顶,在临时支承状态下让盾构机通过。使用液压千斤顶调整盾构通过时,因地基松动引起变形位移。在地基稳定后,再实施主体托换。

结语

根据要求,城市地铁施工地表沉降量必须控制在1 0～30mm。尽管城市地铁施工对地面沉降的控制要求十分严格,但由于工程施工环境的复杂性,施工中沉降还是不可避免地会发生。因此,即便是最先进的盾构施工技术,合适的地层沉降控制措施也是十分必要的。盾构施工是比较容易进行信息化管理的隧道工程,将盾构机施工参数、设备工作参数与地层、地面监测参数实行同步管理,通过预测、监测对施工设备参数及时调整,还有大量的研究、开发、发展和应用工作需要在将来的盾构施工实践中预以加强和提高。

参考文献

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深基坑开挖引起的周边地表沉降分析 篇9

在城市改造和工程建设中, 深基坑开挖引起的周围地表土沉降问题越来越受到人们的重视。地表的沉降不仅导致邻近建筑物、地下管道及电缆的破坏, 造成巨大的损失。还会对施工质量产生一定的影响, 因此, 对基坑周围土体的沉降量必须予以严格控制。关于地表沉降的计算方法目前有很多种, 比较常见的有:peck法、地层损失法、时空抛物线法、时空效应法、有限元法等。关于基坑开挖导致周边地表沉降的原因主要是基坑开挖和地下水的抽水, 此外还与土体性质、施工荷载、天气等各种因素有关。

关于基坑开挖导致的地面沉降计算方法有人做过大量研究, 最经典的主要有peck在1969年通过工程实例得出的一套与土性及开挖深度有关的计算方法, 此外日本的相关规范中也提出了具体的计算地表沉降的方法。本文在相关文献与规范的基础上提出了按正态分布密度函数拟合基坑周围地表沉降的方法。

1 地表沉降的计算方法

1.1 几点基本假定

1) 基坑支护结构的水平位移与坑底土的隆起相互协调, 相互制约, 且都为均匀变形, 即基坑处于理想变形状态。

2) 基坑开挖过程中, 支护结构变化引起的与地表沉降引起的土体体积变化相同。

3) 忽略空间效应的影响, 本文按照二维平面问题来进行分析。

1.2 假设地表沉降曲线服从正态分布

地表沉降曲线方程为:

式中, δmax为地表最大沉降量, mm;r为地面沉降影响半径, m。

支护结构水平位移:

式中, α为比例系数, α与支护结构插入比hg/h有关, 当hg/h≤0.5时, α可取1.0~1.5, 当hg/h≥0.5时, α可取0.6~0.8。hg为支护桩长度, h为基坑深度 (如图1所示) 。

地表沉降范围x0=βh, 一般β取2~4, 其取值与土层及支护结构有关。

沉降曲线包络面积Fs与支护结构变位曲线包络面积Fw之比:

式中, γ为比例系数, 其取值与支护结构插入比hg/h有关, 当hg/h≤0.5时, γ可取1.0~1.2, 当hg/h≥0.5时, γ可取0.8~1.0。

1.3 计算方法

地表沉降包络曲线面积Fs计算:

式中, xm为墙顶到最大沉降点的水平距离, 如图1所示。

支护结构变位曲线包络面积Fw的计算, 按最小二乘法设支护结构的侧向位移曲线为:y=az2+bz+c, 由最小二乘原理可得以下方程:

ymax=αδmax;当墙体水平位移ymax已知时, 根据上面三式可求得δmax, xm, r, 再将其代入地表沉降曲线中即可求得地表任意一点的沉降量。

2 工程实例

宏景嘉园住宅小区位于湖北省荆州沙市区太师渊路以南, 北京中路以北范围, 1层地下室, 基坑开挖平均深度为6.5m, 基坑主要采用Φ800的混凝土灌注桩作为支护结构主体。桩长12 m, 间距1.2 m, 混凝土支护桩后设置2排搅拌桩作为止水帷幕。桩长8 m, 实测桩顶最大位移C=7.8 mm, zm=4 m, ymax=9.3 mm, 由x0=βh得, 综合本工程地质及支护情况, β在此取2, 则x0=βh=2×6.5=13 m由, 从而可得a=-0.94×10-4, b=7.5×10-4。

又由ymax=αδmax, 可知本基坑插入比hg/h≤0.5, 在此取α=1.3由ymax=9.3 mm知:

根据xm=x0-r, 得xm=5 m。

根据实际监测知基坑最大沉降δmax=6.55 mm, 最大沉降位置发生在距基坑6 m处, 与根据计算的结果基本相同。误差很小, 说明根据此法计算地面沉降有一定现实意义。

3 结论

1) 实例验算表明, 根据正态分布函数拟合基坑周边地表沉降曲线推导出的估算公式, 具有计算精度较高、工程实用性较强等优点, 对于深基坑开挖引起的地面沉降可提供一定的理论计算依据。

2) 深基坑开挖过程中引起邻近地表沉降无法避免, 但是其造成的影响可以避免, 在实际工程中可利用本文中的公式对地面沉降进行预测, 指导施工, 保证工程质量与效率。

摘要：本文主要对由于支护结构变位而引起的地表沉降进行了相关研究, 利用正态分布及抛物线函数拟合了地表沉降曲线, 并推导出沉降的估算公式。结合实际工程案例验证了该方法在预估地表沉降上的可行性。

关键词：周围地表,基坑沉降,估算公式

参考文献

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[3]周沈华, 杨有海, 王随新.深基坑开挖对周边地表沉降影响因素分析[J].土工基础, 2008, 22 (2) :39-40.