平行双线地铁浅埋暗挖施工地表沉降研究

华中科技大学硕士学位论文平行双线地铁浅埋暗挖施工地表沉降研究姓名：张昕申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程指导教师：吴贤国2011-05-24华中科技大学硕士学位论文I摘要隧道施工引起的地表沉降是影响地铁安全的一个重要因素，地表沉降过大不但可能引起隧道本身坍塌失稳，而且对隧道周边的建筑物及管线产生巨大的破坏和影响。隧道开挖引起的地表沉降分为横向、纵向沉降，研究地表沉降的规律对控制地铁施工有重要的指导作用。本文在查阅大量文献的基础上对城市平行双线隧道浅埋暗挖施工下的地表沉降进行了深入的分析，包括地铁施工的常用方法，浅埋暗挖施工时地表沉降的机理，地表沉降的横向、纵向沉降规律及各种影响因素对地表沉降的影响程度,分析了隧道几何形状、隧道上覆土质、隧道埋深、开挖方法、施工管理水平等因素对地表沉降的影响。分别采用经验法中的peck公式法和偏移参数法对武汉市地铁2号线某些浅埋暗挖区间的工程实测数据进行拟合，验证了对于平行双线地铁浅埋暗挖区间而言偏移参数法较之peck公式法拟合效果更好，文中选用拟合精度更高的偏移参数法对武汉市特定地质条件下的地表沉降进行比较深入的分析，由高斯曲线分布公式反推出样本区间若干断面的地表最大沉降值、沉降槽宽度、地层损失率的预测值，用概率统计的方法确定这些参数的变化范围并寻找规律，给出武汉市特定地质条件下的经验法参数建议值，为工程实际施工提供参考。关键词：浅埋暗挖平行双线隧道地表沉降沉降规律偏移参数法华中科技大学硕士学位论文IIAbstractThegroundsettlementduetometroconstructionisoneofthemostimportantsafetyfactors.Excessiveexcavationmaymakethemetrocollapsed.Itisveryimportanttoreducetheinfluencesofconstructiononsurroundingenvironment，includingbuildingsandpipelines.Metroexcavationcancausebothhorizontalandverticalgrounddeformation.Therefore,empiricalmethodisusedinthisthesistopredicttheinfluencesofconstructiononthegroundsettlementherein.Detailedanalysisforurbanparalleltwo-lanetunnelconstructedbyshallowminingmethodisgiveninthisthesis.Briefintroductionaboutshallowminingmethod,themechanismofgrounddeformationduetoshallowminingmethod,rulesofmetroexcavationbothhorizontallyandverticallyaremadeinthisthesisanditalsofiguresouttheinfluencequantityofvariousfactorswhichaffectthegroundsettlement.Inreality,grounddeformationdependsonanumberoffactors,includinghydro-geologicalandgeotechnicalconditions,tunnelgeometryanddepth,excavationmethodsandthequalityofworkmanshipandmanagement.Bothpeckformulamethodandthemigrationparametricmethodareusedinthisthesis.Thefittingresultsofgroundsettlementresultedfromthegrounddeformationoftunnelingarepresentedandthemigrationparametricmethodwhichhashigherfittingaccuracyisusedtorevealtherulesofhorizontalgrounddeformation.Itcombinestheactualsituationoftheprojectandthesubwayconstructionstandards.Statisticalanalysisaboutthegroundsettlementisgivenbytheparameters,suchastroughwidthparameter,experiencefactor,groundloss,themaximumsurfacesettlementetc.Therangeandrulesoftheseparameterscanhelptoguidethefutureconstruction.Keywords：ShallowminingmethodParalleltwo-lanetunnelGroundsettlementSettlementrulesMigrationparametricmethod华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月本论文属于华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1研究背景和意义随着我国城市化进程的加快，社会经济的迅猛发展，城市基础设施建设得到了广泛的发展，其中地铁建设尤其得到诸多城市的扶持，我国的地铁建设已经从大型和超大型城市逐渐转向中小型城市，据估计目前到21世纪中旬将会是我国地铁建设井喷的时代，大量隧道项目和地铁项目将上马，在2009年北京国际城市轨道交通博览会上的中国城市轨道交通发展规划，截止2016年我国各个城市新建轨道交通工程达到89项，总里程达到2500公里，总投资高达9937亿，而目前的地铁施工安全状况不容乐观，几乎任何城市地铁项目的修建都会发生安全事故，地铁安全问题也越来越引起社会的重视。目前我国地铁建设飞速发展，城市地铁的修建多是在城市闹市区，建筑物和管线密集、人流量大，一旦发生安全事故将会造成巨大的经济损失和社会影响。地铁在施工过程中发生安全事故的原因多样，其中隧道施工引起的地表沉降是非常重要的一个影响因素，地表沉降过大不但可能引起隧道本身坍塌失稳，而且对隧道周边的建筑物产生巨大的破坏和影响，所以我国目前的地下工程施工规范对地铁建设的各种沉降有非常明确的规定，地表沉降作为最重要的沉降之一应该得到充分的重视，在施工过程中采取措施尽量将其控制在最小。这样，地铁本身的施工安全得到保障，隧道附近的周边环境包括各种管线和建筑物的安全状况也大大提高。地铁施工引起的地表沉降是地铁建设过程中最重要的监测内容之一，它不仅关系着地铁本身施工状况是否安全可靠，对地铁周边的地表建（构）筑物和地下管线也带来了潜在威胁，地表沉降过大可能会造成周边建筑物沉降过大，基础受到破坏甚至是建筑物产生裂缝或者坍塌。因此地铁建设过程中必须按照规定的程序和监测流程控制地表沉降，对地表沉降的工程数据进行合理的分析和挖掘，为地铁的安全施工提供参考依据，对地铁周边环境包括建（构）筑物和地下管线等的安全提供一定保障。武汉市目前正在积极进行基础设施建设，包括建设轻轨、地铁、长江大桥等缓华中科技大学硕士学位论文2和武汉市的公共交通状况。2006年11月，武汉市地铁2号线正式开工建设，之前轨道交通轻轨1号线已经建成并且投入使用，截止2020年由8条线路组成的武汉市轨道交通体系线路总长达到238公里，武汉市的交通状况将得到明显的改善。在这种大环境下，华中科技大学工程管理研究所承担了武汉地铁某些标段的安全监控工作，作者有幸承担了其中的部分任务，对工程实测数据进行统计分析建立数据存储模型，后来在老师的指导下，将城市地铁建设浅埋暗挖区间的地表沉降研究作为硕士论文的主要研究方向，结合课题组的实际工作和一手的工程实测数据对平行双线隧道浅埋暗挖施工区间的地表沉降进行深入的研究。本文在查阅大量文献的基础上对城市平行双线隧道浅埋暗挖施工下的地表沉降进行了深入的分析，包括地铁施工的常用方法及注意事项，浅埋暗挖施工时地表沉降的机理及各种影响因素对地表沉降的影响程度。从概率统计的角度对武汉市地铁2号线虎泉-名都区间和名都-光谷区间的地表沉降值进行统计分析，给出地表沉降控制标准建议值。本文的研究意义主要体现在以下几个方面：1、了解隧道工程施工对地表沉降的影响程度，确保地表沉降处于安全的可控状态，保证隧道的安全施工。对工程实测数据进行分析，将监测数据与预测值相比较，判断之前的沉降是否符合规范的要求，施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和调整下步施工。将现场量测数据及分析结果及时反馈，以优化设计，达到工程优质、安全、经济合理、施工快捷的目的。2、随着地铁工程在我国的迅速发展，平行双线隧道的建设形式将是地铁建设的最主要形式之一。与一般的单线隧道施工不同，平行双线隧道在沉降槽现状以及施工方法上有着明显的区别，对平行双线隧道施工引起的地表沉降进行分析研究对双线隧道的安全建设有积极的意义。3、本文采用经验法对武汉市地铁2号线某些区间的工程实测数据进行拟合，对武汉市特定地质条件下的地表沉降进行拟合，对地表沉降槽宽度、地层损失率等常用参数进行统计分析，得出地表最大沉降值、沉降槽宽度、地层损失率的变化范围和规律，给出武汉市特定地质条件下的给出参数建议值，为工程实际施工提供参考。华中科技大学硕士学位论文31.2国内外相关研究现状1.2.1地表沉降影响因素浅埋暗挖法施工的地铁建设过程中，影响地表沉降的因素众多，开挖断面采用何种截面形式、采用何种施工工法、隧道上覆土质或者岩体的地质情况的好坏、隧道上覆土层的厚度、施工过程中管理人员水平的高低、隧道支护结构采用哪种形式等等都会影响隧道上方的地表沉降。国内外众多学者对影响地表沉降的因素做了研究，下面对影响地表沉降的几个主要因素进行综述。1、隧道埋深隧道埋深作为重要的参数肯定会对地表沉降造成影响，这是研究者们很早就意识到的，关于这方面的研究也进行了比较早。大量工程实测数据表明，隧道开挖引起的最大地表沉降量随着隧道埋深的增加而逐渐减小、沉降槽反弯点距离随着隧道埋深的增加而逐步增加。但是关于最大沉降值与隧道埋深二者具体的关系式不同学者通过对最大地表沉降值和沉降槽反弯点距离的分析，提出了不同的见解。通过对文献的归纳，大致可以将二者的关系分为双曲线型和线性关系两种。Peck[i]、Clough&Schimid[ii]等学者认为隧道施工引起的地表沉降最大值与隧道埋深存在着近似的双曲线关系。Attewell等学者通过对实测数据的分析研究认为i值与隧道埋深存在着幂函数的关系。我国学者璩继立，许英姿[iii]通过对上海地铁隧道施工的实测数据进行分析研究，提出地表最大沉降量与隧道埋深存在着近似线性的关系。O’Reilly&New[iv]和Mari等学者认为沉降槽反弯点距离与隧道埋深存在线性关系。总得说来，在其他条件不变