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1、北京交通大学硕士学位论文浅埋暗挖地铁中的土体沉降规律及控制研究姓名：李永宽申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：崔江余20060301北京交通大学硕士学位论文摘要摘要随着我国城市交通事业的发展，城市地铁建设中出现的地下土体变形最为人们所关注。本文基于大量前人的研究成果，借助北京地铁十号线光华路地铁车站浅埋暗挖法旌工的调研资料，利用现场监控量测数据、理论分析和数值模拟等多种手段，对土体变形的规律和影响因素进行了深入的分析，主要的研究内容包括：、根据现场监控量测，特别是对于现场拱顶下沉和地表沉降监控量测的研究，掌握了浅埋暗挖地铁中土体变形的特点，通过理论分析对浅埋暗挖地铁中土体变形规律有了比较
2、系统的了解。、土体变形的影响因素很多，以地层条件和地下水的客观影响最大，地层预加固、旌工：【艺等主观因素的优化要在工程实践中不断完善，根据现场旋工条件、可操作性、安全性及经济性合理选择不同的加固措施，以期取得最佳的经济和社会效益。、根据数值模拟浅埋暗挖地铁施工开挖过程因其进尺不同而产生的土体变形规律，并且对比实际监控量测的结果，以便找出旋工中的影响因素以达到指导实际工程的目的。关键词：浅埋暗挖法地铁隧道土体变形监控量测北京交通人学硕士学位论文摘要！，王】仃，删：舀珊衄瑚，衄柚，加强锄，酉曲，衄：皿；仰；锄北京交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论引言随着城市经济和建设事业的发展，城市地面交通
3、的压力越来越大，单一的地面交通己经无法从根本上解决城市交通拥挤的状况，迫切需要大力发展地下快速轨道交通来从根本上解决交通拥挤的问题。年英国建成了世界上第一条地下铁道，其后相继在纽约、布达佩斯、维也纳、巴黎、柏林、雅典、马德里、东京、莫斯科等座城市修建了地下铁道。第二次世界大战后，由于盲目发展私人轿车，给城市交通带来了灾难，人们逐步认识到只有发展以地下铁道为骨干大运量快速公共交通系统才是解决城市客运交通问题的最根本的途径。世纪年代以来，特别是年代以后，拥有地下铁道的城市迅速增多，全世界已经建成的地铁线路达。我国大城市交通紧张状况，在改革开放初期就已经呈现出来。目前各大城市道路交通条件严重恶化，车
4、均道路面积每年以的速度下跌，发达国家所经历的机动车剧增，道路交通严重阻塞的僵局在中国大城市重演。这些城市空气和噪声的污染严重超标，对居民的身心健康构成威胁。因此发展城市快速轨道交通，在市中心区修建地下铁道，不仅可以缓解地面交通阻塞和居民乘车难的问题，还有利于城市环境保护，而且也是唯一可行办法。我国大陆已经在北京、上海、广州、南京建成了一定规模的地铁并投入了运营，目前为了迎接奥运北京正在进行建设的地铁工程有：北京地铁四号线、北京地铁五号线、北京地铁十号线，预计年底将全面建成。另外准备建设的地铁有天津地铁、广州地铁、哈尔滨地铁、沈阳地铁、青岛地铁等。本课题的研究目的及意义城市地铁暗挖隧道工程是在岩
5、土体内部进行的，无论其埋深大小，隧道北京交通大学蟪士学位论文第一币绪论的开挖施工将不可避免地扰动地下岩土体，破坏了原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化。地下岩土体的开挖会引起地表沉降和变形，地表沉降到一定的程度将影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用。而地铁线路一般都会穿过人口密集、地面建筑物林立、地下管网密布的市中心繁华地段，该区段对施工产生的地表位移和变形的要求都很高，施工方法的选择如稍有失误，将会造成不可估量的损失。因此隧道开挖施工时，要与保护城市中有历史意义和经济、社会意义的设旎协调起来。地下开挖必然会引起的土体的沉降和变形尽管有时十分微小，所造成的危害也不大，然而要完全制止变形是很
6、困难的。因而只能根据要求，采取有效措施来减小变形，使得地面房屋、道路、管线等建（构）筑物不至受到损害，生态环境不至恶化。浅埋暗挖法是基于岩石隧道新奥法（砌的原理在第四纪软土中开创出的新方法，已广泛应用于世界各国的地铁隧道建设。浅埋暗挖法最初应用北京地铁是在第四纪地层、无水、地表无建筑物的条件下，采用了“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈”的施工原则成功应用的。年北京地铁首次采用暗挖法建成了复兴门车站折返线工程，由于其灵活多变、适用复杂多变的地层及隧道断面结构、设备简单、不干扰交通及周边环境等众多优点，随后“隧道及地铁浅埋暗挖工法”在全国广泛推广应用，经过多年实践，目前该方法
7、已成为我国城市地铁工程、市政等地下工程施工的重要技术手段，成功应用于北京、广州、南京和深圳等已建成或在建地铁工程，同时也广泛适用过街道、污水处理管道及铁路、公路浅埋隧道工程。实践表明，与明挖法、盾构法相比，浅埋暗挖法有明显的优点，其可操作性、经济性以及对复杂多变地层的灵活性都无可置疑。对于从事地下工程建设人员来说，必须了解、研究工程施工时对周围环境的影响程度，并在事先及施工过程中采取有效的保护措施，将环境影响降低到最小程度。对这类问题的研究在问题的提出，对问题的定义和解决方法上都可能与传统的土力学有所区别，引发上述岩土环境问题的原因是多方面的，有设北京交通大学硕士学位论文第一章绪论计参数选择不
8、好和设计有误造成的，有施工不当造成的，也有井点降水造成的。但有一个基本原则是共同的：对施工扰动引起周围土体工程性质的改变和施工中结构与土体介质的变形、失稳与破坏的发展过程认识不足，或者己经意识到，但是由于隧道施工方法的多样性和工程地质以及水文地质条件的复杂性，对这个课题的研究无论是从系统性还是深度来说，都还很不深入，有关文献资料也比较缺乏。多年的工程实践丰富了浅埋暗挖法的理论，对于城市地铁施工引起的土体变形问题也做了很多的研究，提出了很多切实可行的措施，但由于土体物理参数性质的不确定性以及周围环境的复杂性，如何把握土体的变形规律，提高浅埋暗挖法的适应性，保证地铁隧道的施工安全与稳定，以及针对土
9、体变形的影响因素提出控制措施，对设计、施工都有深远的意义。国内外土体变形的研究现状国外土体变形的研究现状城市地铁隧道开挖是从地表以下取走部分岩土体，从而使地层从原来的平衡过渡到一个新的平衡，此时原始地应力场发生变化，在岩土体应力变化过程中，地应力从地表往下传递到隧道结构，而土体变形则从拱顶延伸到地表，土体内部和地表较大范围内将产生位移和变形。研究岩土开挖引起的土体变形问题可以将岩土体视为连续介质，如弹塑性体，采用连续介质力学方法分析；也可以将岩土体视为非连续介质，如散体等，采用非连续介质力学方法分析。地铁隧道开挖时单个岩块或土体颗粒的运动十分复杂，但大量的实测结果表明，岩土体的总的运动趋势有着
10、明显的规律性。这种运动特性使得传统的连续介质力学的广泛应用受到限制，统计性的研究有了一定的发展。波兰学者李特威尼申“，仃距朋）提出了随机介质理论，该理论将岩土体视为一种“随机介质”，将开挖岩土体视为一种随机过程。随机介质理论在煤矿开采地表移动预计中获得了广泛的应用，并发展应用到地表北京交通人学硕卜学位论文第一苹绪论开挖等地下岩土工程中。地铁隧道开挖引起土体变形是一个三维动态过程，图为典型的浅埋暗挖台阶法施工隧道上覆地层中埋深力处土体的三维变形状态剖面图，横断面图（左）中，土体的竖向位移（以）和横向水平位移（以）随着掌子面的开挖不断增长并最终趋向稳定，而纵断面图（右）中纵向水平位移（以）则随掌子面的前进动态变化，掌子面通过前后位移方向相反。隧道开挖过程中最关心的是土体的竖向位移（以）和横向水平位移（以），而由现场实测可知，一般情况下咏配，故可以直观反映隧道开挖对地层变形的影响程度，即地表沉降和拱顶下沉是隧道开挖后地层变形的两个必须关注的焦点。对土体变形的研究主要有三种方法：经验公式法，数值分析法，模型试验法。矸砰雪呸圉隧道开挖上方土体三维变形示意图胞（）根据煤矿地区巷道开挖地表下沉的实测结果，提出隧道开挖所引起的地表沉降槽可由误差函数近似表示。
