軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)變形影響因素的研究

何雪松,王毅明,王慶(1．南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司,江蘇南京 10000; ．南京市測繪勘察研究院有限公司,江蘇南京 10019)

軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)變形影響因素的研究

何雪松1?,王毅明2,王慶2
(1．南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司,江蘇南京 210000; 2．南京市測繪勘察研究院有限公司,江蘇南京 210019)

摘 要:基于軟土地區(qū)長期監(jiān)測的地鐵永久性結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù),對累積沉降量、差異沉降量、沉降發(fā)展趨勢及沉降因素等進行研究,根據(jù)沉降現(xiàn)狀與規(guī)律關(guān)聯(lián)性,綜合工程地質(zhì)條件等變形影響因素,初步分析軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)變形的主要原因,為地鐵規(guī)劃建設(shè)和運營管理提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:軟土;沉降;影響因素;變形特征

1 引 言

地鐵軌道交通工程大多建設(shè)在地下,其中有部分建設(shè)在地質(zhì)條件較差的軟土層中,由于土質(zhì)松軟,外部承壓不足,無法為地下隧道提供強有力的支撐,致使地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)永久性的、不同程度的變形。對地鐵的營運安全和乘客的舒適度產(chǎn)生一定影響。因此,研究軟土地區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)變形影響因素是地鐵運營管理的重要課題之一。本文結(jié)合某城市軟土地區(qū)長期監(jiān)測的地鐵結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)以及施工情況,分別對累積沉降量、差異沉降量、沉降發(fā)展趨勢與沉降因素進行深入研究,找出影響軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)變形的主要因素,為地鐵規(guī)劃建設(shè)和運營管理提供參考依據(jù)。

2 軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)變形特征

本文針對某市軟土地區(qū)地鐵隧道十年沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理,通過累計沉降、沉降槽和差異沉降的分析,對沉降成因進行分析。

為研究沿線結(jié)構(gòu)沉降隨時間的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢,特繪制非沉降槽區(qū)間和沉降槽區(qū)間隧道的典型斷面結(jié)構(gòu)累計沉降(相對運營期初值)歷時曲線,如圖1和圖2所示。

圖2　0+970～1+305段結(jié)構(gòu)累計沉降歷時曲線

從圖中不難看出,無論是沉降槽區(qū)間還是非沉降槽區(qū)段,營運后第1年～第2年和第6年～第9年結(jié)構(gòu)沉降相對較快,第3年～第5年沉降相對較緩,營運后第6年～第9年沉降持續(xù)發(fā)展,截止2014年6月沉降尚無收斂趨勢。

為進一步分析線路結(jié)構(gòu)的不同在軟土地區(qū)的沉降情況,項目選取8站8區(qū)間的數(shù)據(jù)繪制縱斷面沉降變化曲線圖,如圖3所示。

從圖中不難看出,地鐵隧道結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較大變形且差異較大,但8個車站均相對穩(wěn)定。其中結(jié)構(gòu)相對軌后初值和營運期初值最大累計沉降分別為292．5 mm 和232．6 mm,相對運營期初始狀態(tài),沉降槽區(qū)段內(nèi)最大累計沉降差達197．8 mm;區(qū)間沉降槽內(nèi)共有40個測點曲率半徑小于15 000 m。結(jié)合該線路施工工法分析,區(qū)間隧道均為盾構(gòu)法施工的柔性隧道,無樁基基礎(chǔ),穩(wěn)定性較差;但車站均采用明挖樁基施工,有較強有力的支撐,整體比較穩(wěn)定。

通過對圖3進一步分析可在選取的區(qū)間內(nèi)截取出7個明顯的沉降槽,通過對沉降槽周邊地質(zhì)條件和外部因素綜合分析,在沉降槽的形成除隧道自身結(jié)構(gòu)因素外,在隧道周邊的基坑施工和抽取地下水是主要誘因。

圖4為本項目研究范圍內(nèi)車站(敞口段)與區(qū)間隧道累計差異沉降統(tǒng)計圖,運營96個月后,其中一段車站(敞口段)與區(qū)間隧道的累計差異沉降較小,最大累計差異沉降2．5 mm,車站與區(qū)間的連接處變形比較同步,處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3　到某線其中一段上行線累計沉降對比圖

圖4　某線其中一段車站(敞口段)與區(qū)間隧道累計差異沉降

典型斷面結(jié)構(gòu)累計沉降歷時曲線如圖5和圖6所示,從圖中可以看出,區(qū)間營運后30個月結(jié)構(gòu)整體比較穩(wěn)定,30個月后沉降速度有所加快,目前沉降尚未趨于收斂。有限的監(jiān)測數(shù)據(jù)已經(jīng)明顯反映出軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)變形的基本特征和趨勢,可能還不能全面反映其特征和趨勢,有待更多類似軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)的進一步研究。

通過以上分析,總體而言上、下行線結(jié)構(gòu)變形規(guī)律基本同步,且可以清晰地看出鋪軌完成至通車運營期間隧道結(jié)構(gòu)變形較快,在軟土地區(qū)的區(qū)間隧道變形明顯,車站由于有樁基礎(chǔ)變形量較小,在車站與區(qū)間隧道之間的差異沉降量在獲得數(shù)據(jù)中表現(xiàn)最大差異沉降量已達到31 mm。其中區(qū)間隧道共形成5個沉降槽,最大累計沉降已分別達到392．8 mm和294．7 mm,結(jié)合時間軸分析,各沉降槽在形成時間上有所差異,但沉降槽均有向兩邊擴展的趨勢。

圖6　區(qū)間結(jié)構(gòu)累計沉降歷時曲線2

3 河西地區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)沉降原因初步分析

結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)沉降時空特征與地鐵線路的工程地質(zhì)條件、沿線區(qū)域沉降及地下水位變化情況、周邊建筑工程活動、結(jié)構(gòu)病害情況等對沉降原因進行初步的分析后,選擇部分區(qū)域繪制主要沉降原因匯總?cè)鐖D7所示。

分析認(rèn)為,影響軟土地區(qū)地鐵隧道結(jié)構(gòu)長期沉降因素眾多,且多重因素相互疊加,其中最主要的影響因素為地質(zhì)條件和周邊施工活動,其他影響因素諸如區(qū)域沉降和地下水位變化、地面重載交通運輸、運營后結(jié)構(gòu)滲漏水等對軟土地區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)長期沉降的影響也不容忽視。

4 結(jié) 語

本文是基于兩條軟土地區(qū)地鐵永久性結(jié)構(gòu)的近10年數(shù)據(jù)進行研究與分析,初步歸納了一些基本沉降特征和影響因素,并不能全面論述沉降特征和影響因素,由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜、千變?nèi)f化,基本不可復(fù)制。因此,不同軟土地區(qū)的地鐵永久性結(jié)構(gòu)的沉降特性必然有所差異,但沉降的影響因素基本類似,故撰寫本文與大家共同探討,希望對軟土地區(qū)的地鐵規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)和變形監(jiān)測提供初淺的幫助。

參考文獻

[1] 易志強．建(構(gòu))筑物施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)挖掘及其變形預(yù)測[D]．長沙:長沙理工大學(xué),2011．

[2] 周紅斌．基于時間序列分析的地鐵基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法研究[D]．沈陽:東北大學(xué),2008．

[3] 張啟斌,霍知亮．基坑開挖對下方既有地鐵地鐵隧道的影響分析和監(jiān)測[J]．城市軌道交通研究2014．

[4] 潘寧．地鐵施工變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析及信息管理技術(shù)研究[D]．上海:上海交通大學(xué),2003．

[5] 任建喜,王江,孟昌等．西安地鐵車站深基坑變形規(guī)律的有限差分法模擬[J]．城市軌道交通研究,2014．

[6] 畢龍珠．混沌時間序列在建筑物變形預(yù)測中的應(yīng)用研究[D]．西安:長安大學(xué),2009．

[7] 袁昌茂．基于混沌時間序列的變形分析和預(yù)測[D]．桂林:桂林理工大學(xué),2010．

[8] 張振勇．灰色—時序組合模型在建筑物變形預(yù)測中的應(yīng)用研究[D]．天津:天津大學(xué),2007．

[9] 潘國鋒．模型誤差的診斷與補償方法研究[D]．南京:東南大學(xué),2006．

Studies on Influencing Factors of Metro’s Permanent Structure Deformation in Soft Soil Areas

He Xuesong1,Wang Yimin2,Wang Qing2
(1．Nanjing Metro Construction Co．,Ltd,Nanjing 210000,China; 2．Nanjing Research Institute of Surveying,Mapping&Geotechnical Investigation Co．,Ltd,Nanjing 210019,China)

Abstract:Based on data of deformation of metro’s permanent structure on long-term monitoring in soft soil areas, this article studies accumulated settlement,differential settlement,settlement’s developing tendency and factors．According to settlement situation and inner connections,combining deformation’s influencing factors of engineering geological condition,preliminary analysis has been made on the main causes of deformation of metro’s permanent structure in soft soil areas,thus providing references for metro’s planning,construction,operation and management．

Key words:soft soil;settlement;influencing factors;deformation features

文章編號:1672-8262(2015)06-170-03中圖分類號:TU196

文獻標(biāo)識碼:B

收稿日期:圖10+470～0+920段結(jié)構(gòu)累計沉降歷時曲線?2015—08—06

作者簡介:何雪松(1974—),男,高級工程師,主要從事地鐵項目建設(shè)管理等工作。