¿Análisis de causas y control de la construcción de la deformación del suelo durante la construcción de túneles de escudo?
En la construcción de la Línea 5 del Metro de Beijing, se utilizó por primera vez el método del escudo para construir un túnel de sección del metro, que pasa por debajo del centro de la ciudad. Muchas de estas áreas son ciudades antiguas y distritos comerciales centrales, y los requisitos para controlar la deformación y el hundimiento del suelo son extremadamente estrictos. Por lo tanto, es necesario analizar los patrones de deformación y hundimiento del suelo durante la construcción de túneles de protección y adoptar los métodos de construcción y medidas técnicas correspondientes para controlarlos y cumplir con los requisitos ambientales durante la construcción de túneles de protección.
1 Análisis de las causas de la deformación del terreno
Las razones básicas de la deformación del terreno causada por la construcción del túnel de protección se pueden resumir de la siguiente manera.
(1) Movimiento del suelo en la superficie de excavación: Durante la excavación del túnel, la tensión de soporte horizontal del suelo en la superficie de excavación puede ser mayor o menor que la presión lateral original, y el suelo en frente de la superficie de la excavación se hundirá o abombará.
(2) Asentamiento causado por espacios entre edificios: el suelo se comprime en el espacio en la cola del escudo. El suelo alrededor del túnel detrás de la cola del escudo colapsa debido a una inyección inoportuna, un volumen de lechada insuficiente y una cantidad insuficiente. presión de lechada pierde su estado de equilibrio tridimensional original debido a la falta de idoneidad, lo que provoca la pérdida de estrato; cuando se excava un túnel con escudo curvo o un túnel de desviación, la sección de excavación real no es circular sino elíptica, lo que provoca una pérdida de estrato cuando el escudo se mueve en el suelo; , el escudo Se adhiere una capa de arcilla a la superficie del caparazón y el espacio formado en la periferia del túnel detrás de la cola del escudo aumenta considerablemente. Si la cantidad de lechada no aumenta en consecuencia, aumentarán las pérdidas de formación.
(3) Deformación y asentamiento del revestimiento: bajo la acción de la presión del suelo, la deformación del revestimiento del túnel también causará una pequeña cantidad de pérdida de formación. Cuando el asentamiento del revestimiento del túnel es grande, causará una pérdida de formación significativa y. La filtración del revestimiento también puede provocar asentamientos.
(4) Consolidación y reasentamiento de suelo perturbado: debido a factores como la extrusión durante la excavación del escudo y la lechada de la cola del escudo, se forma una zona de exceso de presión de agua de poro en los estratos circundantes después de un período de. tiempo, sólo entonces podrá disiparse y recuperarse. En este proceso, el hundimiento del terreno es causado por la deformación por consolidación del drenaje de la formación.
2 Método de control del hundimiento del terreno
2.1 Investigación de las condiciones del terreno y de los edificios a lo largo de la línea
Para controlar eficazmente el hundimiento del terreno durante la construcción, el primer requisito previo es Antes de excavar el túnel de protección, se deben investigar las condiciones del terreno y los edificios (estructuras) a lo largo de la línea de construcción del túnel. Después de obtener los datos originales relevantes, las condiciones de los cimientos y el estado de los edificios (estructuras) a lo largo de la línea se evalúan y califican, y se combinan con los requisitos de las especificaciones relevantes, los estándares de control que deben cumplirse para garantizar la estabilidad de los cimientos. y se determinan los edificios (estructuras) durante el proceso de construcción.
2.2 Optimización y coincidencia de los parámetros del túnel de protección
Después de determinar los estándares de control de los estratos y edificios relacionados a lo largo de la línea, es necesario ajustar los parámetros del túnel de protección de acuerdo con el control. objetivos para que el túnel de protección pueda El estado óptimo de excavación controlada se logra durante el proceso de construcción.
La tunelización óptima del escudo significa un impacto mínimo en los estratos y el suelo circundantes, una ligera disminución en la resistencia del estrato, una pequeña perturbación, un pequeño exceso de presión de agua, una pequeña elevación del suelo y un hundimiento repentino cuando la cola del escudo sale del agujero. la amplitud es pequeña. Esta es la condición principal y el método fundamental para que la construcción de túneles de protección controle el hundimiento del terreno y proteja el medio ambiente.
Para lograr el estado óptimo mencionado anteriormente, se deben seleccionar parámetros razonables para guiar la construcción en función de la profundidad del túnel, las condiciones geológicas, la carga del suelo, la pendiente de diseño, el radio de giro, la desviación del eje, la actitud del escudo y otros. factores. Por lo tanto, es necesario monitorear los valores de deformación de la superficie a lo largo de la línea, optimizar continuamente la combinación y guiar el siguiente paso de la construcción de la excavación para lograr verdaderamente el propósito de optimizar los parámetros de construcción.
2.3 Intentar determinar los parámetros que guiarán la construcción.
El principal medio de trabajo en la construcción de túneles de protección es la roca y el suelo. La interacción entre los edificios (estructuras) y la roca y el suelo dentro del alcance de la influencia de la construcción debe basarse en las condiciones estratigráficas a lo largo de la línea y la superficie. Condiciones de los edificios (estructuras). Tome una determinada sección de excavación como sección de prueba de excavación.
Por lo general, los primeros 100 m de excavación se utilizan como tramo de excavación de prueba. En el proceso de excavación real, la sección de excavación de prueba de 100 m se puede dividir en tres secciones: la primera sección es de 15 m, que es la excavación inicial * * * Se establecen tres conjuntos de parámetros de excavación para explorar los patrones de cambio de formación y el control del eje. monitoreo de superficie; el segundo tramo tiene 35 metros de largo; Según las condiciones del terreno, los edificios y las tuberías subterráneas, los tres conjuntos de parámetros establecidos en la primera etapa se ajustan para obtener los parámetros óptimos. El tercer tramo, de 50 m de largo, es la etapa de preparación para la excavación formal. A través de la excavación de esta sección, se han formulado medidas de control para el asentamiento del terreno, control del eje del túnel, calidad de la instalación del revestimiento, etc. Básicamente, se han dominado los parámetros de construcción y la retroalimentación de la información se puede utilizar para guiar la construcción.
Mediante la exploración de los parámetros de excavación y las reglas de deformación de la formación de la sección de excavación de prueba de 100 m, se sentó una buena base para la determinación de los parámetros de construcción de todo el proceso de excavación.
2.4 Ajuste de la presión del suelo
En todo el proceso de excavación de un túnel, el ajuste de la presión del suelo es un parámetro muy crítico. Si el valor de ajuste de la presión del suelo es demasiado pequeño, hará que aumente el hundimiento de la formación; si el valor de ajuste de la presión del suelo es demasiado grande, provocará que la formación se eleve.
Durante la construcción del túnel protector de la Sección 17 de la Línea 5 del Metro de Beijing, debido a que está ubicado en una ciudad antigua con más de 1.000 casas en el suelo y densas tuberías subterráneas, el control de la deformación del suelo es muy estricto. . De acuerdo con los resultados del cálculo teórico de la presión del suelo y los datos empíricos de la sección de excavación de prueba, la presión del depósito de suelo se establece en 105% ~ 65438+ del valor teórico.
2.5 Determinar los valores óptimos de los parámetros de inyección síncrona de cola de escudo.
Durante el proceso de excavación del túnel del escudo, la medida clave para controlar o reducir la deformación de la superficie es utilizar la presión de lechada adecuada, la cantidad de lechada y los materiales de lechada razonables para llenar el vacío anular del edificio detrás del revestimiento fuera de la cola del escudo. lechada. El control de parámetros clave durante el proceso de inyección sincrónica de la cola del escudo incluye principalmente los siguientes puntos.
(1) Lechada con una proporción de mezcla razonable: el valor de consistencia se controla entre 10,5 y 11,0 y la densidad aparente es similar a la del suelo original.
(2) Presión de inyección: la presión de inyección adecuada es de aproximadamente 5 ~ 6 bar. Dado que el volumen de lechada real es mayor que el volumen de lechada calculado, solo se puede inyectar el exceso de volumen de lechada en el espacio del suelo en la cola del escudo, y la presión de lechada es apropiadamente mayor que la presión de lechada calculada.
(3) Tiempo de lechada: el tiempo de presión de la lechada de cola de escudo tiene un impacto significativo en el efecto de construcción de la lechada. El tiempo de inyección de la lechada debe sincronizarse con el segmento que saca la cola del escudo, y el tiempo para inyectar uniformemente la lechada debe ser el mismo que el tiempo que tarda el segmento en avanzar una revolución.
(4) Cantidad de lechada: en términos generales, el control de la cantidad de lechada sincrónica en la cola del escudo se puede obtener basándose en el cálculo del espacio de la cola del escudo. Sin embargo, durante el proceso de inyección real, debido al hecho de que el suelo en la cola del escudo no es denso o tiene espacios, y la construcción del escudo perturba el suelo circundante, el volumen real de inyección sincrónica en la cola del escudo es mucho mayor que el teórico. cálculo. Según la experiencia de nuestra unidad, el volumen de lechada apropiado para estratos arenosos y de grava debe ser del 160 % al 220 % del volumen de lechada teórico; el volumen de lechada apropiado para suelos limosos y arcillosos debe ser del 140 % al 180 % del volumen de lechada teórico.
(5) Distribución de las posiciones de lechada: utilice tuberías de lechada distribuidas en ángulos iguales en la carcasa de la cola del escudo para la lechada y determine la lechada de cada tubería de lechada de acuerdo con las diferentes condiciones geológicas y estándares de control. La cantidad de lechada puede producir un desplazamiento controlable de la cola del túnel suspendida en la lechada, lo que no solo puede mejorar la desviación original del eje del túnel, sino también mejorar efectivamente el atasco entre el segmento y la cola del escudo.
2.6 Información de orientación para la construcción
Durante el proceso de tunelización del escudo, con base en el análisis comparativo de los resultados del monitoreo y cada parámetro de construcción, los parámetros de construcción se pueden modificar aún más para optimizar y igualar la parámetros de tunelización. El propósito de controlar eficazmente la deformación de la superficie.
3 Resultados de la práctica de ingeniería
La Línea 5 del Metro de Beijing es el primer túnel del metro construido utilizando el método de escudo en Beijing. La excavación de escudo del túnel de intervalo en esta sección tiene las siguientes características.
3.1 Las condiciones geológicas son representativas.
La profundidad de entierro del túnel en esta sección es de 14,8 a 15,6 metros. Los estratos superiores del túnel son 23 capas de limo, ② capa de limo, ③1 capa de arena medianamente gruesa, ③1 capa de arena redonda. grava, ④ capa de limo cohesivo, ⑤ 65438 capas de arcilla limosa. El túnel ingresa a la capa freática y ingresa parcialmente a la capa de agua confinada.
La profundidad de enterramiento de la otra sección del túnel es de 8,2 ~ 9,5 m. El estrato superior del túnel es limo arcilloso, limo arenoso② y arcilla limosa②1. y limo arenoso ②, arcilla limosa ②1, arena limosa ③ y grava redonda ④. El estrato en la parte inferior del túnel es grava redonda ④1 y grava redonda ④. En algunos tramos, el fondo del túnel entra en la capa freática, pero no entra en el agua a presión.
3.2 El entorno circundante es complejo y existen muchas limitaciones de construcción.
Los dos tramos de este tramo de licitación cuentan con complejos edificios de tierra. Las vías de tierra a lo largo de la ruta son las principales vías de tránsito norte-sur de la ciudad, con un gran volumen de tráfico. El túnel pasa por una animada calle comercial. El tráfico terrestre en este tramo es intenso y no se puede interrumpir durante la construcción del metro.
La construcción del terreno es compleja y hay túneles que pasan debajo de los densos edificios comerciales en el lado este de la carretera. La mayoría de los edificios fueron construidos antes y en su mayoría están en ruinas. Hay muchas tuberías subterráneas y edificios de defensa aérea civil, incluidas tuberías de alcantarillado, suministro de agua, electricidad, calefacción, telecomunicaciones y otras.
Combinado con las condiciones de ingeniería reales, durante el proceso de construcción real, el método de control descrito en este artículo logró el objetivo de construcción de controlar eficazmente la deformación de la formación.
Por ejemplo, en muchos callejones atravesados durante la construcción de túneles de intervalo, el efecto de control de la deformación del suelo es ideal y el valor de asentamiento del suelo está básicamente dentro de los 10 mm, que es mucho menos que los 30 mm requeridos por la especificación.
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