Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей
Шрифт:
(3-42),
где: V2 – скорость расхода в грунтопроводе (м/ч);
Q 2 – расход сброса бурового раствора (м3/ч);
D 2 – внутренний диаметр грунтопровода (м).
3.3. КОНТРОЛЬ ОСАДКИ ЩИТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
Технология щитовой проходки является одним из наименее нарушающих городское подземное строительство методов, но, как и в случае с другими методами строительства, из-за геологических условий и техники строительства трудно полностью избежать нарушения окружающей среды при щитовом продвижении, и поэтому существует вероятность оседания грунта. В тяжелых случаях может возникнуть угроза безопасности прилегающих зданий, дорог и подземных сетей трубопроводов,
Рис. 3-15. Наклон здания
Рис. 3-16. Растрескивание грунта
3.3.1. Механизм нарушения почвы при щитовой выемке грунта
По мере продвижения щита, оседание или поднятие фундамента происходит накладываясь друг на друга, процесс показан на рис. 3-17 и наконец достигает своего конечного значения. Где стадии 1 и 2 находятся до прохождения щита, стадия 3 – во время прохождения щита, а стадии 4 и 5 – это явления, происходящие после прохождения щита. Эти явления не являются неизбежными, и при условии, что схема туннелирования щита и параметры выбраны соответствующим образом, продольная деформация фундамента может быть сведена к минимуму. Краткое описание причин и механизмов оседания на каждом этапе приведено в таблице 3-5.
Рис. 3-17. Схема стадий деформации фундамента во время продвижения щита
1) Упреждающее регулирование
Предэкскаваторная осадка – это осадка, возникающая с момента, когда забой находится на значительном расстоянии (десятки метров) от точки наблюдения за грунтом до момента, когда забой достигает точки наблюдения и понижения уровня грунтовых вод по мере выемки щита. Расстояние, на которое влияет предварительное оседание, варьируется в зависимости от мягкости грунта.
2) Оседание или поднятие перед выемкой грунта
Предэкскаваторная осадка – это осадка, возникающая с момента, когда забой котлована находится на расстоянии нескольких метров от точки наблюдения, до момента, когда забой котлована находится непосредственно под точкой наблюдения. Когда давление в камере щита меньше фронтального давления, при выемке щита образуются стратиграфические потери и грунт над щитом оседает, и наоборот, когда давление в камере выше фронтального давления, грунт над щитом поднимается и опускается.
3) Оседание грунта во время прохождения щита
Оседание в период с момента, когда поверхность забоя достигает уровня непосредственно ниже точки наблюдения, до момента, когда конец щита проходит точку наблюдения, происходит в основном из-за нарушения почвы и снятия напряжения в почве, вызванного разницей между диаметром бурения щита и диаметром щита.
4) Осадка пустот в хвостовой части щита
Оседание, которое происходит после того, как хвост щита проходит непосредственно под точкой наблюдения. Это упругопластическая деформация, вызванная высвобождением напряжений грунта в пустотах хвостовой
5) Поздняя осадка грунта
Таблица 3-5. Причины и механизмы деформации, вызванные щитовой конструкцией
3.3.2. Факторы, влияющие на деформацию и оседание грунта
1) Свойства раскопанного пласта
(1) Глубина туннеля
Влияние глубины туннеля на стратиграфическое смещение варьируется в зависимости от стратиграфических условий, и Aттвелл вывел следующую зависимость:
(3-43),
где: R – радиус туннеля (м);
h – глубина заложения туннеля (м);
i – расстояние от оси туннеля до точки инверсии кривой опускания грунта (м);
k, n – константы, связанные с характеристиками грунта и строительными факторами.
(2) Верхняя часть нагрузки
Вертикальное давление над туннелем оказывает значительное влияние на оседание грунта. Broms & Bennermark предлагает выразить легкость строительства туннеля и степень смещения грунта в терминах коэффициента устойчивости Ns. В пластичных глинистых грунтах, когда глубина туннеля не меньше удвоенного диаметра туннеля, то есть z >= 2ч.
N s будет менее 6, когда строительство туннеля не будет очень сложным. В щитовой конструкции, чем выше значение Ns, тем выше вероятность проникновения глины в хвостовой зазор щита. Когда N s приближается к 7, щит становится трудно контролировать. Когда опорное давление высокое, оно часто вызывает поднятие поверхности и увеличивает просадку в дальнейшем, поэтому коэффициент устойчивости должен контролироваться в определенном диапазоне в соответствии с грунтовыми условиями. Ns определяется по следующей формуле:
(3-44),
где: ? z – общее вертикальное давление в центре туннеля на глубине заглубления;
? r – опорное давление туннеля (включая давление воздуха);
c u – прочность грунта на сдвиг без деформации.
(3) Свойства почвы
Такие свойства, как сжимаемость и прочность грунта, также оказывают важное влияние на смещение грунта.
(4) Влияние характеристик щита
Несбалансированное давление воды и грунта на забой, снижение режущей способности и тяги приведут к обрушению забоя и чрезмерной выемке грунта, отклонения в проходке туннеля приведут к увеличению прицепных пустот, а чрезмерный крутящий момент резания и тяга щита на забое вызовут нарушение грунта.
(5) Влияние качества обратной засыпки цементирования и эксплуатационного качества
На смещение грунта влияют целесообразность и своевременность цементации обратной засыпки, качество сборки тюбингов, умеренность давления грунта, хорошее управление положением при продвижении щита, наличие отклонений и рывков, разумность процедуры строительства, квалификация и опыт строительного персонала и т. д.
2) Свойства грунтов при проходке туннелей
Источниками осадок грунта при щитовой проходке являются: изменение состояния грунта вследствие продвижения щита, упругопластические деформации грунта из-за вибраций в туннеле или величины среза при наклоне ротора. Далее приводится краткое описание причин осадок грунта: