確定地面沉降對(duì)地鐵隧道沉降影響及保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本次發(fā)明涉及的是一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)方法，具體是一種確定地面沉 降對(duì)地鐵隧道沉降影響及保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)沿海軟土地層中地鐵隧道通常采用盾構(gòu)法施工，其襯砌是由管片拼接而 成。由于沿海軟土靈敏度高、壓縮性大，隧道在長(zhǎng)期使用過(guò)程中極易產(chǎn)生隧道沉降和縱向 變形，導(dǎo)致隧道滲漏水、襯砌裂縫、軌道扭曲，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅行車(chē)安全。Shen等于2014 年在《Tunnelling and Underground Space Technology》（隧道和地下空間技術(shù)）發(fā)表 的〈〈Long-term settlement behavior of the metro tunnel in the soft deposits of Shanghai》（上海軟土地層隧道長(zhǎng)期沉降現(xiàn)狀）指出，軟土盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降是由區(qū)域地面 沉降、鄰近隧道施工、隧道滲漏水、隧道開(kāi)挖、列車(chē)荷載等共同作用引起的，但各個(gè)因素的影 響大小仍難以區(qū)分。為了有針對(duì)性地控制隧道沉降及變形，有必要明確各個(gè)因素對(duì)隧道沉 降量的影響。
[0003] 地鐵隧道的抗縱向變形弱，埋藏于地層當(dāng)中，不可避免會(huì)受到區(qū)域地面沉降的"拖 拽"作用而發(fā)生變形。陳基煒和詹龍喜于2000年在《城市地質(zhì)》發(fā)表的《上海市地鐵一號(hào) 線變形測(cè)量及規(guī)律分析》一文中對(duì)比了 1999年上海地鐵1號(hào)線隧道沉降與沿線區(qū)域地面沉 降的監(jiān)測(cè)值，發(fā)現(xiàn)凡是地面沉降大的區(qū)域隧道沉降量也較大。葉耀東等于2007在《地下空 間與工程學(xué)報(bào)》發(fā)表的《軟土地鐵運(yùn)營(yíng)隧道病害現(xiàn)狀及成因分析》一文中對(duì)比了上海人民廣 場(chǎng)某地鐵監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降歷時(shí)曲線與地面沉降歷時(shí)曲線，發(fā)現(xiàn)二者趨勢(shì)一致。盡管區(qū)域地面沉 降與地鐵隧道沉降在空間上和時(shí)間上的相關(guān)性已經(jīng)普遍被認(rèn)可，地面沉降與地鐵隧道沉降 之間的定量化關(guān)系仍不明確。事實(shí)上，地面沉降引起的隧道沉降與隧道底板以上的地層壓 縮變形無(wú)關(guān)，而與隧道以下地層壓縮有關(guān)，地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果尚不能反映其對(duì)地鐵隧道的 影響。為了明確區(qū)域地面沉降對(duì)地鐵隧道沉降的影響，有必要采取手段確定隧道下方地層 由區(qū)域地面沉降引起的沉降量。
[0004] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前地面以下地層沉降主要通過(guò)分層沉降監(jiān)測(cè)技術(shù) 獲得。該技術(shù)將埋設(shè)在不同深度土層的分層標(biāo)點(diǎn)與基巖標(biāo)聯(lián)測(cè)獲得不同土層的壓縮、膨脹 量，從而測(cè)算出不同土層的沉降量。若采用該技術(shù)對(duì)隧道下方地層進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，需要在隧 道沿線設(shè)立永久性分層沉降標(biāo)點(diǎn)。當(dāng)前，分層沉降標(biāo)由于其安裝過(guò)程復(fù)雜、成本昂貴在城市 僅有少數(shù)分布且大多與地鐵隧道相距甚遠(yuǎn)。因此，分層沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)尚且無(wú)法用于隧道下 方地層沉降的監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種確定地面沉降對(duì)地鐵隧道沉降影 響及保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)的方法。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量確定地鐵隧道及車(chē)站沉降量， 以車(chē)站沉降量為型值點(diǎn)、利用三次樣條插值擬合確定由區(qū)域地面沉降引起的地鐵隧道沿線 沉降量曲線，從而確定地面沉降對(duì)地鐵隧道沉降的影響，通過(guò)調(diào)查影響大的區(qū)域地面沉降 的原因并加以控制，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)的目的。
[0007] 本發(fā)明所述確定地面沉降對(duì)地鐵隧道沉降影響的方法，包括以下步驟：
[0008] 第一步，確定地鐵隧道沿線各車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息、車(chē)站場(chǎng)地的土層劃分信息、各層 土的土體特性；
[0009] 優(yōu)選地，通過(guò)鉆孔取土方法獲取車(chē)站場(chǎng)地的土層劃分信息，利用采集的土樣進(jìn)行 室內(nèi)密度試驗(yàn)和高壓固結(jié)試驗(yàn)確定各層土的土體特性。
[0010] 優(yōu)選地，所述的車(chē)站基本結(jié)構(gòu)信息是指：車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸及結(jié)構(gòu)重度，地面超 載、車(chē)站人群荷載及列車(chē)荷載設(shè)計(jì)值。
[0011] 優(yōu)選地，所述的鉆孔取土方法是指：用厚壁取土設(shè)備，在車(chē)站施工現(xiàn)場(chǎng)從地面至車(chē) 站的設(shè)計(jì)深度的1.5倍取土，用于做室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)及高壓固結(jié)試驗(yàn)，取土量根據(jù)試件 量確定，以每層土不少于三個(gè)試件為宜；
[0012] 所述的室內(nèi)密度試驗(yàn)是指：通過(guò)環(huán)刀法獲取土樣測(cè)得各土層的濕密度，并計(jì)算相 應(yīng)的重度。將土樣烘干，測(cè)定各層土土樣的干密度，通過(guò)測(cè)定的干密度和濕密度換算土體的 孔隙比。
[0013] 所述的高壓固結(jié)試驗(yàn)是指：首先采用環(huán)刀法切取扁圓柱體的土樣，土樣尺寸一般 取高2cm，直徑大于高度的2. 5倍，每層土不少于三個(gè)試件為宜；試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形試樣放在 固結(jié)儀中，對(duì)土樣逐級(jí)施加垂向壓力，根據(jù)壓力及土體的壓縮變形量繪制半對(duì)數(shù)直角坐標(biāo) 系中的e-logp曲線。通過(guò)對(duì)e-logp曲線的分析，確定土體的壓縮指數(shù)C。和回彈指數(shù)C s。
[0014] 第二步，確定地鐵隧道與車(chē)站的沉降量：測(cè)量地鐵隧道沿線水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量及地鐵 車(chē)站各水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量，建立直角坐標(biāo)系，以地鐵隧道縱向距離為X軸，以沉降量為y軸，作出 地鐵隧道沉降曲線。
[0015] 本步驟中利用水準(zhǔn)儀測(cè)量地鐵隧道沿線水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量及地鐵車(chē)站各水準(zhǔn)點(diǎn)沉降 量；所述的水準(zhǔn)儀測(cè)量指：進(jìn)行地鐵隧道水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，在地鐵隧道沿線道床上每隔6m設(shè)置 一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在地鐵車(chē)站的站廳、出入口位置布置水準(zhǔn)基點(diǎn)，并以地面一等水準(zhǔn)測(cè)量路線作 為首級(jí)水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。測(cè)量采用國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量精度。測(cè)量路線采取附和水準(zhǔn)線 路，即上行線和下行線為單程線路并在車(chē)站基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行附和。
[0016] 第三步，確定車(chē)站的平均沉降量：依次對(duì)地鐵隧道沿線車(chē)站進(jìn)行編號(hào)（1，2,… ?···η)，確定地鐵隧道沿線各車(chē)站中心位置橫坐標(biāo)$及地鐵車(chē)站的平均沉降量，并將點(diǎn) (?,^)繪于在直角坐標(biāo)系中。
[0017] 優(yōu)選地，所述的地鐵車(chē)站中心位置橫坐標(biāo)是指：對(duì)于第i個(gè)地鐵車(chē)站，取地鐵車(chē) 站縱向范圍內(nèi)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，xn, xi2, "Iik,…xim(m為監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)）；地鐵車(chē)站中心位 置橫坐標(biāo)s滿足以下公式：? =丄?Χ。 m k=i
[0018] 優(yōu)選地，所述的地鐵車(chē)站平均沉降量瓦是指：對(duì)于第i個(gè)車(chē)站，取地鐵車(chē)站縱向范 圍內(nèi)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降值，sn，Si2，…Sik，一SimOn為監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)）；地鐵車(chē)站平均沉降量瓦滿 足以下公式：靈
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種確定地面沉降對(duì)地鐵隧道沉降影響的方法，其特征在于，包括如下步驟： 第一步，確定地鐵隧道沿線各車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息、車(chē)站場(chǎng)地的土層劃分信息、各層土的 土體特性； 第二步，確定地鐵隧道與車(chē)站的沉降量：測(cè)量地鐵隧道沿線水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量及地鐵車(chē)站 各水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量，建立直角坐標(biāo)系，以地鐵隧道縱向距離為X軸，以沉降量為y軸，作出地鐵 隧道沉降曲線； 第三步，確定車(chē)站的平均沉降量：依次對(duì)地鐵隧道沿線車(chē)站進(jìn)行編號(hào)（1，2,…i…η)， 確定地鐵隧道沿線各車(chē)站中心位置橫坐標(biāo)^及地鐵車(chē)站的平均沉降量矣，并將點(diǎn)^瓦）繪 于在直角坐標(biāo)系中； 第四步，對(duì)各地鐵車(chē)站進(jìn)行荷載及沉降分析，確定后期運(yùn)營(yíng)中由車(chē)站內(nèi)部荷載引起的 沉降量，判斷各地鐵車(chē)