軟粘土中軌道交通地下深開挖工程變形及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，地鐵建設已成為解決大型城市交通擁堵及大氣污染等問題的重要解決手段。浙江地處我國東海之濱，省內(nèi)大型城市杭州、寧波和溫州等城市地鐵建設正處于快速發(fā)展階段。杭、寧、溫均建立在高含水率、低強度以及靈敏度高的深厚軟粘土之上，使得杭、寧、溫三地軌道交通深開挖工程中遇到較多的工程難題：軟粘土中盾構掘進易引起地層變形過大，對隧道周圍環(huán)境造成不利影響；軟粘土中深基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)難以確定，深基坑開挖失穩(wěn)風險較高?；趯嶋H工程需求，本

2、文對軟粘土的基本特性、軟粘土中盾構隧道引起的地層變形及軟粘土中深基坑開挖安全穩(wěn)定性展開了系統(tǒng)深入的研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、磐ㄟ^大量室內(nèi)單元體試驗研究了寧波和杭州兩地典型軟粘土的基本力學變形特性及擾動對土體變形特性的影響，獲得了土體基本力學變形參數(shù)和強度指標。研究發(fā)現(xiàn)典型寧波軟粘土均表現(xiàn)出加載硬化特性，土體模量參數(shù)之間相關關系為:Eoed ref/Es,1-2=0.8-1.2，E50ref/Eoedref=0.8-1.5，

3、Eurref/E50ref=3.6-11.6。土體越軟弱，Eurref/E50ref比值越大，與上海軟粘土一致。針對室內(nèi)試驗的數(shù)值模擬研究表明由室內(nèi)試驗得到的土體硬化模型（HS模型）參數(shù)能較好地預測排水剪切試驗過程中土體的應力-應變特性，但在用于不排水剪切試驗的數(shù)值分析時存在一定困難，而通過HS模型參數(shù)的對比校正分析，能夠得到較好地預測三軸不排水剪切試驗的HS模型參數(shù)。杭州軟粘土具較弱結構性，土體結構強度與結構屈服應力隨深度基本線性增加

4、。按抗剪強度與按屈服應力定義的擾動度近似呈正比關系，通過抗剪強度試驗得到的擾動土屈服應力與壓縮試驗得到的結果基本一致。
　　⑵對寧波軌道交通二號線桃渡路-鼓樓區(qū)間和鼓樓-城隍廟區(qū)間盾構掘進過程展開現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬研究?，F(xiàn)場實測分析表明盾構隧道上覆地層及掘進參數(shù)對盾構掘進引起地層變形影響非常顯著。上覆土層為厚層砂質粉土時，地表沉降槽寬度系數(shù)，K=0.3～0.4，要小于上覆土層為軟粘土地層時的K=0.45～0.55。桃渡路-鼓樓區(qū)間

5、內(nèi)盾構掘進采用較大的盾構推力N、支護壓力ps和盾尾注漿率δ時，地層損失率反而較大。當控制控制掘進參數(shù)使得推力指數(shù)Γ=1.0～1.8，面板擠土壓力Δp0=15～40 kPa，ps/σv=0.8～1.0，δ=200％～220％時，能夠較好控制地層沉降變形。地表橫向沉降槽的影響范圍為隧道軸線兩側3.2D～4.0D，縱向沉降發(fā)展的影響范圍為開挖面前3D至開挖面后4D～6D。導致鼓樓-城隍廟區(qū)間地表隆起變形的主要原因是盾構隧道所處地層非常軟弱且盾

6、構掘進速率偏大，開挖面擠土效應明顯。受盾構施工擾動，盾構通過監(jiān)測斷面240天后，地表沉降仍在以0～0.2 mm/d速率逐漸增長。
　?、轻槍贾莸貐^(qū)深厚軟粘土中某倒塌地鐵深基坑工程，通過本文提出的基于土體錐尖阻力qc和不排水抗剪強度su強度折減率的土體擾動度評估方法，結合大量的現(xiàn)場原位靜力觸探CPT試驗和十字板剪切VST試驗結果，得到了基坑不同區(qū)域土體擾動度沿深度分布，并據(jù)此推測出基坑滑動破壞面，判斷研究基坑失穩(wěn)模式為抗隆起失穩(wěn)破

7、壞。采用Plaxis模擬了北二基坑開挖失穩(wěn)過程，預測基坑滑動破壞面與基于土體擾動度推測得到的滑動破壞面以及實際情況非常吻合。采用基于Plaxis的強度折減法分析得到基坑FOS為1.02，采用Terzaghi法，Bjerrum& Eide法以及圓弧滑動法計算得到研究基坑FOS分別為1.05，0.74和0.89，均小于各方法相應的安全系數(shù)建議值。進一步證明本文研究基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)不足是基坑產(chǎn)生隆起破壞的主因，基坑超挖以及圍護體系施工質量問

8、題是基坑倒塌重要誘因。
　?、炔捎枚喾N理論和數(shù)值分析方法，包括國內(nèi)標準規(guī)范法、國際通用的基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)分析方法以及基于Plaxis的強度折減法計算得到了本文研究基坑穩(wěn)定性安全系數(shù)，并與國內(nèi)外其他軟粘土中典型失穩(wěn)基坑安全系數(shù)進行了對比，研究表明采用理論或經(jīng)驗公式法時采用土體不排水抗剪強度su指標得到的FOS更加合理，采用有限元強度折減法時，采用交點法得到的基坑FOS更加合理和接近基坑真實的穩(wěn)定性安全系數(shù)。建議軟粘土中深基坑穩(wěn)定性