Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

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, что в конечном итоге может привести к серьезным последствиям, как показано на рис. 3.15 и рис. 3.16. Этот раздел посвящен механизму нарушения грунта при строительстве во время щитовой выемки грунта и представляет методы прогнозирования и контроля осадки грунта.

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 части щита. Величина оседания тесно связана с одновременным давлением цементации и скоростью заполнения шламом торца щита, которая меньше при более удовлетворительном заполнении, и наоборот.

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.