盾構(gòu)隧道局部長期滲水對隧道變形及地表沉降的影響分析

【摘 要】 相關(guān)方面的研究表明，盾構(gòu)隧道長期滲水容易造成地表或者是隧道的嚴(yán)重沉降，在本文當(dāng)中，主要是針對于盾構(gòu)隧道當(dāng)中難以模擬的局部滲流狀況進(jìn)行說明和分析，首先提出符合盾構(gòu)隧道剛度要求且能夠?qū)崿F(xiàn)局部接頭滲水的計算方法，然后在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步分析管片在不同滲水條件下隧道的狀態(tài)和變形規(guī)律。希望這樣一種分析和探討能夠?qū)罄m(xù)類似工程的建設(shè)起到一定的啟示和指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu)隧道，接頭滲水，隧道變形，地表沉降

一、盾構(gòu)隧道長期滲水對隧道變形及地表沉降的影響特點

軟土盾構(gòu)隧道的建設(shè)一般都是采用抗?jié)B混凝土管片拼裝而成，這樣一種建設(shè)形式?jīng)Q定了隧道在長期使用之后就容易出現(xiàn)大量滲水的現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致隧道及其地表發(fā)生更為嚴(yán)重的沉降，這對于地鐵的正常和安全運行是非常大的威脅，正是因為這樣，我們必須對這樣一種現(xiàn)象予以高度的關(guān)注，并在實際的工作當(dāng)中良好的處理之。

我們在對盾構(gòu)隧道長期滲水對隧道變形及地表沉降的影響進(jìn)行說明和分析之前，首先需要對盾構(gòu)隧道本身的結(jié)構(gòu)有所認(rèn)識和了解。盾構(gòu)隧道在飽和土體當(dāng)中建設(shè)完成以后，內(nèi)外必然存在著較大的水頭差，這樣一種壓力的長期存在最終導(dǎo)致滲水漏水狀況的出現(xiàn)。滲水對盾構(gòu)隧道的影響主要體現(xiàn)在周邊土體孔壓以及有效應(yīng)力的變化上，一旦超過合理值就會引起地表層發(fā)生沉降，對地鐵的正常運行帶來安全威脅。實際上在我們國家，大量的專家學(xué)者都曾對盾構(gòu)隧道的滲漏水問題進(jìn)行了模擬和研究，但在研究過程當(dāng)中基本上都是利用等效滲透的方法，在這樣一種方法當(dāng)中將盾構(gòu)隧道的全部襯砌都看做是均質(zhì)滲透體，因此其不足就在于忽略了管片接頭、手孔以及螺栓孔等局部地區(qū)的實際狀況，而這樣一種忽略是有問題的。有學(xué)者指出，盾構(gòu)隧道滲水本身就較多的發(fā)生在管片接頭和螺栓孔等處，將其忽略將導(dǎo)致非常大的計算誤差。這也就是說，雖然襯砌滲水的均質(zhì)化處理在一定程度上能夠?qū)λ淼勒w的沉降狀況進(jìn)行說明，但是在對周邊孔壓或者是隧道變形等細(xì)節(jié)問題進(jìn)行處理時就存在著較大的偏差，本文的研究和說明正是基于這樣一種不足來進(jìn)行的。

在本文當(dāng)中，首先就通過管片接頭弱化和接頭滲流路徑的設(shè)置來對符合盾構(gòu)隧道剛度要求的局部接頭滲水模型進(jìn)行構(gòu)造，然后將其應(yīng)用大實際的工程當(dāng)中去，基于理論和實踐的高度來對局部不同接頭滲水對孔壓分布、地表以及隧道沉降、隧道變形的影響進(jìn)行說明和分析。

二、盾構(gòu)隧道滲漏水的特點說明

盾構(gòu)隧道的管片接頭在實際的應(yīng)用環(huán)境下往往受到較多方面不確定因素的共同影響，這樣一種狀況的存在一方面是使得隧道本身的防水功能容易失效，另一方面也有可能導(dǎo)致接頭滲水現(xiàn)象的發(fā)生。在實際的工程環(huán)境下，最容易發(fā)生滲水的途徑就是盾構(gòu)隧道中的接頭，其發(fā)生滲漏水的幾率高達(dá)90%。不同位置的接頭發(fā)生滲水的可能性都差不多，但是綜合性的考慮到施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)變形以及周邊環(huán)境等，就會出現(xiàn)接頭防水性能顯著不同的狀況。這實際上就意味著盾構(gòu)隧道在不同位置、不同接頭處的滲水情況都是有所不同的，說明在上文當(dāng)中所提到的用襯砌等效滲透出來方式確實是存在著較大的誤差。

三、盾構(gòu)隧道局部長期滲水對隧道變形及地表沉降的影響分析

3.1 孔壓分布

滲流的發(fā)生無疑會導(dǎo)致隧道周圍的孔壓小于固有的靜水壓力，且不同狀況的滲流對于隧道周圍孔壓的影響都是有著較大的區(qū)別的。當(dāng)局部接頭發(fā)生滲水時，接頭處的孔壓就會相應(yīng)的發(fā)生較大的變化，具體表現(xiàn)為接頭處的孔壓明顯小于周邊孔壓。在滲流總量保持一致時，不同位置處的接頭相應(yīng)的會有不同的表現(xiàn)，有的接頭滲水對應(yīng)的孔壓分布基本上與均質(zhì)滲流相差不大，僅僅只是在接頭位置上有所減小，但有的接頭滲水則會使得接頭附件的孔壓急劇減小，使得整個隧道外圍的孔壓都受到影響而相應(yīng)減少。在這其中，接頭的實際位置離拱底越近時，周邊的孔壓變化就越明顯，影響的范圍也就越大。

3.2 地表沉降及隧道沉降

當(dāng)滲水現(xiàn)象發(fā)生在之后，隧道周邊土體的實際有效應(yīng)力就會相應(yīng)的增大，此時土體將不斷產(chǎn)生沉降直至其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止。經(jīng)過相關(guān)方面的工程實踐我們發(fā)現(xiàn)，隧道在經(jīng)過長期的滲流之后，地表的沉降與隧道的沉降在變化規(guī)律上基本就是一致的，但不同工況所對應(yīng)的沉降量則有所不同。事實上，滲流導(dǎo)致沉降就起本質(zhì)而言就是孔壓的減小和土體有效應(yīng)力的增加，這就意味著地表和隧道的沉降與孔壓的變化有著莫大的聯(lián)系。在這其中，對于靠近拱頂?shù)慕宇^來說，由于其埋深相對較淺，因此在滲流發(fā)生以后受孔壓的影響并不大，而對于一些埋深較大的接頭來說，在相同滲流量的作用下，其滲水導(dǎo)致的固結(jié)沉降將更加嚴(yán)重。綜合來看，實際上就是滲水位置越低，則單個接頭的滲水現(xiàn)象越嚴(yán)重，對于地表以及隧道的安全威脅和危害就越大。

3.3 隧道變形及水平側(cè)移

在上文當(dāng)中已經(jīng)明確說明，地表以及隧道當(dāng)中土體的沉降容易使得隧道發(fā)生橢圓化變形，在此過程當(dāng)中，隧道襯砌的剛度變化以及滲水位置的差異都將導(dǎo)致隧道橢圓化變化的程度不同。除此之外，還需要注意的就是接頭滲水的危害不僅僅在于導(dǎo)致隧道的橢圓化變形，也有可能導(dǎo)致隧道水平側(cè)移現(xiàn)象的發(fā)生。而這樣兩種狀況的發(fā)生都將導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的受力發(fā)生變化，對于接頭的危害是非常大的，正是因為這樣，我們認(rèn)為長期滲水對隧道變形以及地表沉降都有著較大的促進(jìn)作用，必須在實際的工程建設(shè)當(dāng)中采取良好的措施控制之。

四、結(jié)論分析

在本文當(dāng)中，我們主要在以下五個具體的方面有所收獲：首先就是提出了一種既能夠進(jìn)行局部接頭滲水計算又符合盾構(gòu)隧道橫向剛度要求的計算方法，這樣一種方法應(yīng)用到實際的工程應(yīng)用當(dāng)中去也并不復(fù)雜，并能夠良好的對盾構(gòu)隧道局部長期滲水對隧道變形及隧道沉降的影響進(jìn)行反應(yīng)和說明。其次就是得出結(jié)論，認(rèn)為隧道接頭處滲水容易導(dǎo)致接頭周邊孔壓的顯著降低，且接頭本身所處的位置越低，則這樣一種效果就更為明顯，對隧道安全的威脅就越大。再次就是發(fā)現(xiàn)處于不同位置上的接頭在發(fā)生隧道或地表沉降時的區(qū)別比較大，一般來說，埋深與孔壓呈現(xiàn)為反比關(guān)系，因此孔壓越小對隧道的危害就越大，正是因為這樣，隧道底部的滲水現(xiàn)象是最需要對其予以高度關(guān)注的。然后還需要注意局部漏水容易導(dǎo)致隧道發(fā)生大面積的橢圓化變形，除此之外也有較大的可能發(fā)生水平側(cè)移，在這樣一種變化狀況下，滲水位置與水平直徑之間的夾角就會變小，不斷促進(jìn)水平側(cè)移量的顯著增加。最后一點就是通過對比分析發(fā)現(xiàn)，采用接頭局部滲水分析方法與采用襯砌等效分析方法所得到的孔壓分布和隧道變形規(guī)律都是有著顯著的不同的，且通過工程實踐證明前者更加具備科學(xué)性，這主要是因為均質(zhì)等效處理方法既不能揭示滲水所引起的隧道側(cè)移現(xiàn)象，也不能反映出局部滲水位置不同對隧道沉降所產(chǎn)生的影響，從而使得所得到的計算結(jié)果與實際有所出入和偏差。

結(jié)語

在本文當(dāng)中主要是針對于盾構(gòu)隧道局部長期滲水現(xiàn)象對隧道變形以及地表沉降的作用和影響進(jìn)行了說明和分析，采用的是簡單的二維簡化模型，這樣一種計算模型充分考慮局部滲水位置的多樣性和復(fù)雜性，但考慮到局部滲水本質(zhì)上是三維的，這也就意味著本文的研究和說明尚存在著不足的地方，將在后續(xù)的研究當(dāng)中進(jìn)一步探索。

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