建筑行业城市地铁隧道工作面开挖的地层应力分布规律.doc

目录过错！未寻到目录项。都会地铁地道任务面开挖的地层应力散布法则  摘  要：基于深圳地铁实测材料，零碎地剖析了地道：任务面开挖的地层应力散布特点，提示了都会地铁地道上：作面围岩应力重散布的法则，提出了浅埋地道围岩应力的分区不雅点。  要害词：地道工程：都会地铁地道；地层应力；散布特点  1  弁言  采纳浅埋暗挖法开挖都会地铁地道，其应力临测绝对其变形不雅察较少，尤其是用来完好剖析地层应力散布的量测材料特别匮乏。因此，都会地铁地道任务面开挖的地层应力散布法则的零碎研讨，对地铁地道的构造计划、施工等存在主要意思。  本文应用深圳地铁地道现场测试材料，拟对都会地铁地道开挖的地层应力散布法则进展研讨。  2  测试断面的工程概略  针对深圳地铁浅埋暗挖法部分标段，如双洞双线地道的5，6跟13标及单洞堆叠线地道的3A跟3C标，地表沉落绝对较年夜。本文拔取6跟3A标作为重点不雅察研讨工具，其余标段由施工方共同不雅察。2.16标段测试断面概略测试断面里程为左SK5+070。双线地道核心线距为13m。地道埋深为9.8m，上覆地层顺次为素填土、中砂、粘土跟砂质粘性土。此中富水砂层厚度为4.0m，绝对隔水层厚度为2.2m。地下水埋深为2.5m，断面为马蹄形(6.5mx6.6m(宽×高)。初期支护为22mm格栅钢架+6mm钢筋网(150mm150mm)+250mm厚C20放射混凝土；超前支护为32mm3.25mm短注浆双排小导管，其安排安排在拱部150°范畴。施工采纳台阶法，台阶(核心肠皮)长度为8m。  2.23A标段测试断面概略  测试断面里程为SKi+487.5。地道埋深为13m，上覆地层顺次为素填土、软土、中砂、砾砂跟粉质粘土。此中富水砂砾层厚度为5m，绝对隔水层厚度为26m。地下水埋深为15m。断面为直墙拱形(6.8m×l3m(宽×高)。初期支护为25mm格栅钢架+8mm钢筋网(150mnl150mm)+300mm厚C20放射混凝土。超前支扩采纳注浆小管棚76mm5mm加注浆小导管42mm4mm，其安排范畴为拱部。施工采纳4步台阶法，3个台阶均设临时横撑。  3  现场测试内容与测点安排  围岩应力测试包含：(1)超前小导管应变测试；(2)围岩与初期支护打仗应力测试；(3)孔隙水压力测试；(4)初期支护构造内力测试；(5)拱足打仗应力测试。  超前小导管应变测试采纳胶基箔式3mmX5mm应变片；打仗应力采纳1.0MPa土压力盒：孔隙水压力采纳0.2MPa钢弦式压力计；构造内力采纳钢弦式钢筋计。  超前小导管应变测点安排是取32mm×2.5m的小导管，上、下对称布点各5个，装置在拱顶跟拱腰处(设置3根弥补管)。6标段应力测点安排见图1。3A标段应力测点安排根本同6标，但因是堆叠地道，故测点数量有所添加。图1  6标段应力测点安排  4  任务面开挖的围岩应力变更  4.1围岩径向打仗应力散布法则  6标段各测点围岩径向应力历时变更趋向见图2。图2  6标各测点围岩径向应力历时变更趋向  图2中横坐标不雅察时间的正号表示已封锁成环，负号表示未封锁，以下同。  由所测的围岩径向应力并结合3A，3C(与3A紧邻，工程前提一样)等标段的实测材料可得，其应力散布法则如下：(1)拱腰跟仰拱处的围岩径向应力较年夜：而拱顶与仰拱底处的围岩径向应力均较小，比较拟而言，最小值发生在两侧墙，其巨细排序为P抑拱>P拱部P>边墙；(2)对双线地道，由于右线开挖阻碍，在仰拱部位，总的表示特点是仰拱右侧处的径向应力年夜于其左侧；(3)3A标段断面的径向应力较6标为年夜，缘故为3A标设临时仰拱且断面下部分处于风化岩上，围岩变形绝对较小，故由“地层-支护特点曲线可知，其必定招致径向应力年夜；(4)在构造未封锁成环之前，拱部变形过年夜，实测应力值较小，随时间延伸，初期支护构造刚度及强度进步，其支护抗力逐步增年夜，反响为围岩施加于支护的径向应力也随之变年夜，这契合“地层-支护特点曲线的道理；(5)拱部压力在上台阶开挖至断面里程时，开挖边墙前后的压力值发生了较年夜的改动。现在，拱顶压力增年夜，而两拱腰却稍有下落。随下半断面支护构造的施作，全体刚度进步，拱部压力存在一个“平台(压力巨细稳定)或“卸荷(压力略有下落)景象，随全部支护构造的应力调剂跟再调配，拱部压力又从新进入一个缓慢增加直至波动的进程；(6)边墙与仰拱处的压力变更趋向根本一样，差异的是断面封锁成环后，跟着构造的逐步波动，应力的调剂跟再调配，仰拱的压力值增加速度绝对较年夜，从而使仰拱部位接受了较年夜的围岩压力。  4.2孔隙水压力散布特点  孔隙水压力的历时曲线见图3。由图3以及在3A，3C标等的量测材料可知，孔隙水压力的散布特点为：(1)初期支护未封锁成环前，孔隙水压力随任务面推进有落低的趋向，说明任务面处的孔隙水压力为最小值，而跟着断面的封锁，孔隙水压力逐步添加，至必定值后渐趋波动；(2)拱顶部位孔隙水压力为负值，说明该处土体处于松驰形态，为剪性张拉区；(3)仰拱处的孔隙水压力为最年夜，其次为上台阶的右下侧跟左下侧：(4)孔隙水压力散布与围岩径向应力散布特点根原形似。图3  孔隙水压力的历时曲线  4.3初期支护格栅钢架构造内力  由所测的格栅钢架主筋的截面轴力跟弯矩的变更趋向通过构造简化而盘算，见图4跟5。  由图4，5可知，(1)在不雅察断面装置后7d(开挖任务面距测试断面1.39D)，初期支护的上半断面轴力，在封锁后标记变异。封锁成环后，上、下断面的截面轴力有添加的趋向，而后呈波动态势且拱部略有下落。(2)上半断面构造的轴力在刚装置时为压力，厥后变为拉力。拱部轴力在封锁成环后，变为压力，两拱腰也由受拉变为受压；下半断面阁下双方墙以及仰拱两侧轴力均为压力，而在仰拱底处由开始的拉拉逐步趋变为压力形态。上述特点与计划的全部构造断面皆受压不相分歧。(3)构造所受弯矩的散布形态为：在封锁成环后，除仰拱部以及侧墙为内侧受拉外，其余实测的后果均与计划值差异。(4)比较拟而言，上半断面接受了较年夜的轴力跟弯矩，说明上半断面的支护构造为要紧接受部位。图4  初次支扩构造截面轴力变更趋向图5  初次支护构造截面弯矩变更趋向  4.4超前支护体应力  对超前小导管的应力剖析采纳拉(压)弯组合，以拱腰小导管为例，其拉(压)应变及曲折应变在差异开挖长度时，实测应变沿小导管长度的变更趋向见图6，7。图6  小导管的拉、压应变的变更趋向图7  小导管的曲折应变的变更趋向  由图6，7及其余小导管的应变测试材料可得，超前支护小导管的应变变更特点为：(1)随任务面。开挖，超前支护体上沿全长皆有应力散布，小导管的任务形态是拉弯组合，即小导管在围岩荷载的感化下，发生曲折的同时也伴随有拉伸。(2)随任务面推进，拉应力添加，其应变增量有向下一测点递增的趋向。(3)当任务面推进长度年夜于小导管长度时，尤其是上上台阶封锁成环后，小导管全体转化为受压，说明其超前感化消灭。(4)由曲折应变知，其接受地层上覆荷载的才能随小导管在土中剩余长度的减小而减小。因此计划时应当思索，必需保障小导管在土中有必定的剩余长度。  4.5拱足与土体的打仗应力  对浅埋暗挖法，地道拱足处土体的承载力将直截了当阻碍地道拱顶下沉。为追求减缓拱顶下沉的拱足处置方法，分不在左、右两拱足安设了土压力盒。实测说明，拱足处的打仗应力远超越土体的根本承载力(实测值最年夜为814.2kPa，而土体的根本承载力仅为260kPa)，倘不采纳方法，必使拱顶下沉急剧增年夜，或许悲不雅等候初期支护封锁成环后，才能使拱顶下沉变缓。  5  浅埋地道应力重散布的分区看法  实测的围岩径向应力与上覆土柱荷载的比值随地道开挖而出现的散布法则如图8的实线部分。而对任务面后方应力的散布形态，可应用超前支护的应力气测材料作揣摸。由本次超前小导管的现场量测材料可知，围岩压力发生的最年夜应变点(应力会合峰值)距任务面的间隔约为1.2m。文11)对超前支护体的数值模拟也说明：有预加固时，地道任务面后方约25m处，其围岩径向力就即是原始地应力。假设不预加固，那么此间隔可远至工：作面后方15m。据此可绘出随任务面开挖，其前后应力的散布法则如图8(此中任务面后方应力散布(无测点线)为揣摸后果。L为推进长度，D为地道宽度)。针对深圳地铁一期工程应用ANSYS无限元软件剖析的地道任务面后方围岩应力的散布特点见图9。由图9可知，其与上述实测跟剖析的法则分歧。  上述地道任务面围岩应力重散布的法则也已被模子试验所验证。文11)基于试验室试验，应用传感器所测的随任务面挪动，拱顶上部围岩压力的散布法则是：地道推进时，在上覆地层中发生了“压力波形。在任务面后方49m处，围岩中的应力与原始应力比较拟，逐步添加718。图8  围岩压力与土柱荷载比值随开挖的散布法则图9  任务面后方围岩应力散布特点  在任务眼前24m处到达最年夜值，而后在任务面后方0.52.5m间隔处落低到原始应力，并在已装置的衬砌处落到原始应力的4050。在任务面处为原始应力的7095。任务面通过一段间隔后，围岩压力逐步添加而濒临原始应力。  基于实测以及上述剖析，可提出浅埋都会地铁地道任务面，沿地道推进偏向，其围岩应力散布可分3个地区，如图10。图10中，I为原始地应力区，为增压区，为应力落低区(减压区或卸荷区)。1为应力阻碍界限限，2为应力峰值线，3为卸荷界限限。  6  结  论  (1)浅埋地道拱顶处的围岩压力并不是计划的上覆土柱荷载。围岩压力排序为：P抑拱>P拱部>P边墙，因此浅埋地道的仰拱构造计划应具特别性。  (2)实测孔隙水压力说明，拱部土体处于松驰形态，为剪性张拉区(收缩)，而仰拱处的孔隙水压力为最年夜，其散布特点与应力散布根原形似。