CN112819200A - 盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，通过比较盾构机刀盘转动作用下孤石对方形独立基础的破坏力和在上述破坏力下对应的抵抗力，预测评价盾构机施工中地层孤石对上覆方形独立基础安全性影响，确保盾构施工对周围构筑物的安全，同时具有流程性强、结果可靠和使用方便的优点。

Description

盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域。更具体地，涉及盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法。

背景技术

在城市地铁施工过程中，盾构机因其施工速度快、安全性高等优点，而被广泛采用。然而在我国东南沿海花岗岩风化残积土地区内采用盾构机施工，经常遇到孤石问题，此时由于残积土与孤石两者性质的差异，以及切土刀盘对孤石切削效果较差等原因，孤石不易破碎，而是沿着盾构机刀盘出现转动。特别是当上覆地层内有房屋建筑浅基础，如独立基础时，转动的孤石对独立基础产生巨大的顶推力，若此顶推力超过了独立基础的基底压力，则此基础会被抬起，导致房屋产生破坏。

迄今为止，盾构施工中孤石对基础的影响，大都根据工程经验，缺乏有关这方面的理论进行预测分析，有鉴于此，本发明提出一种盾构机施工中地层孤石对上覆方形独立基础安全性影响的预测方法。

发明内容

本发明目的在于提供y一种盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，以解决现有的技术问题。

盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一)确定出孤石最危险位置时，其顶面至建筑物方形独立基础底面的距离d：

d＝d₁-d₂-D/2

其中：d₁为盾构机刀盘中心埋深，D为盾构机刀盘前方孤石的直径，d₂为建筑物方形独立基础底面的埋深；

步骤二)确定方形独立基础底部以下孤石顶推扩散锥形的侧面积B：

确定建筑方形独立基础底部以下孤石顶推扩散锥形范围内的土体自重G：

其中γ为孤石周围残积土的重度；

步骤三)确定出孤石顶推扩散底面与方形独立基础底面的交汇面积A：

根据建筑物方形独立基础的实际尺寸和盾构机刀盘施工时的实际埋深，绘制出施工时独立基础的剖面形状和盾构机刀盘的剖面形状；若盾构机刀盘为逆时针转动，则孤石绘制在最右侧，若盾构机刀盘为顺时针转动，则孤石绘制在最左侧，孤石最左或最右边缘点与刀盘的最左或最右边缘点重合；沿孤石的左右边缘两侧分别绘制两条向上且向外的顶推扩散线，顶推扩散线与水平面夹角为45°；在两条顶推扩散线内部，建筑物基础底面高程位置绘制出一条顶推扩散底面线，所述扩散底面线与基础底面线的重合段长度为L，则孤石顶推扩散底面与方形独立基础底面的交汇面积A＝L²

步骤四)确定出方形独立基础的基底压力p：

F₀为建筑结构给基础传来的竖向力，d₂为建筑物方形独立基础底面的埋深，b为建筑物方形独立基础底面的宽度，γ_G为基础及上覆填土的平均重度；

步骤五)确定盾构机刀盘转动作用下孤石对方形独立基础的破坏力F：

其中：M为盾构机施工力矩，R为盾构机刀盘的半径

确定在上述破坏力下对应的抵抗力R_e：

R_e＝Ap+G+Bc_u

其中：c_u为孤石周围残积土的不排水抗剪强度；

步骤六)判定基础的安全性：若R_e≥F，则基础安全；反之，若R_e＜F，则基础不安全。

进一步的，所述步骤二)中孤石周围残积土的重度γ采用环刀法测定。

进一步的，所述步骤五)中采用十字板剪切试验，测试出不排水抗剪强度c_u。

进一步的，所述步骤一)中孤石的直径D采用地质雷达、高密度电法或跨孔地震法测量。

本发明具有以下优点：

本申请可以预测评价盾构机施工中地层孤石对上覆方形独立基础安全性影响，确保盾构施工对周围构筑物的安全，同时具有流程性强、结果可靠和使用方便的优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

实施例1

某城市采用盾构机法修建地铁，挖掘过程中遇到花岗岩风化残积土地层，内部孤石分布较广。地铁上部穿越一村庄，大多为2～5层砖混或框架结构，多为方形独立基础。该盾构机施工可能会对上覆方形独立基础产生顶推力，为了确定是否对上覆基础产生安全性问题，采用本发明的方法进行预测。

根据盾构机设计资料，确定盾构机刀盘的半径R为3.17m，施工力矩M为6181kN·m；根据跨孔地震法确定出盾构机刀盘前方孤石的直径D为1.4m，根据地铁施工方案，确定出盾构机刀盘中心埋深d₁为8.6m；根据上部房屋的设计资料，其方形独立基础底面的埋深d₂为1.5m，宽度b为1.8m，上部结构给基础传来的竖向力F₀为220kN；进一步，确定出孤石最危险位置时，其顶面至建筑物方形独立基础底面的距离d为6.4m；在孤石周围利用钻探方法取原状土样，运回实验室利用环刀法测试出其密度，然后乘以重力加速度得到其重度γ为17.2kN/m³；在孤石周围利用十字板剪切试验，测试出不排水抗剪强度c_u为21.0kPa；利用Auto-CAD软件，根据建筑物方形独立基础的实际尺寸和盾构机刀盘施工时的实际埋深，绘制出施工时独立基础的剖面形状和盾构机刀盘的剖面形状；该盾构机刀盘为逆时针转动，在盾构机刀盘的最右侧绘制出孤石剖面，即孤石最右边缘点与刀盘的最右边缘点重合；沿孤石的左右边缘两侧分别绘制两条向上且向外的顶推扩散线，顶推扩散线与水平面夹角为45°；在两条顶推扩散线内部，基础底面高程位置绘制出一条顶推扩散底面线，该扩散底面线与基础底面线的重合段长度L为1.8m，则A为3.24m²；确定出方形独立基础的基底压力p为97.9kPa；确定方形独立基础底部以下孤石顶推扩散锥形范围内的土体自重G为6434.3kN；确定方形独立基础底部以下孤石顶推扩散锥形的侧面积B为221.8m²；确定盾构机刀盘转动作用下孤石对方形独立基础的破坏力F为1949.8kN；确定在上述破坏力下对应的抵抗力R_e为11409kN；由于R_e＞F，则该盾构机施工时，不会对该上覆方形独立基础产生安全性问题。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一)确定出孤石最危险位置时，其顶面至建筑物方形独立基础底面的距离d：

d＝d₁-d₂-D/2

其中：d₁为盾构机刀盘中心埋深，D为盾构机刀盘前方孤石的直径，d₂为建筑物方形独立基础底面的埋深；

步骤二)确定方形独立基础底部以下孤石顶推扩散锥形的侧面积B：

确定建筑方形独立基础底部以下孤石顶推扩散锥形范围内的土体自重G：

其中γ为孤石周围残积土的重度；

步骤三)确定出孤石顶推扩散底面与方形独立基础底面的交汇面积A：

根据建筑物方形独立基础的实际尺寸和盾构机刀盘施工时的实际埋深，绘制出施工时独立基础的剖面形状和盾构机刀盘的剖面形状；若盾构机刀盘为逆时针转动，则孤石绘制在最右侧，若盾构机刀盘为顺时针转动，则孤石绘制在最左侧，孤石最左或最右边缘点与刀盘的最左或最右边缘点重合；沿孤石的左右边缘两侧分别绘制两条向上且向外的顶推扩散线，顶推扩散线与水平面夹角为45°；在两条顶推扩散线内部，建筑物基础底面高程位置绘制出一条顶推扩散底面线，所述扩散底面线与基础底面线的重合段长度为L，则孤石顶推扩散底面与方形独立基础底面的交汇面积A＝L²

步骤四)确定出方形独立基础的基底压力p：

F₀为建筑结构给基础传来的竖向力，d₂为建筑物方形独立基础底面的埋深，b为建筑物方形独立基础底面的宽度，γ_G为基础及上覆填土的平均重度；

步骤五)确定盾构机刀盘转动作用下孤石对方形独立基础的破坏力F：

其中：M为盾构机施工力矩，R为盾构机刀盘的半径

确定在上述破坏力下对应的抵抗力R_e：

R_e＝Ap+G+Bc_u

其中：c_u为孤石周围残积土的不排水抗剪强度；

步骤六)判定基础的安全性：若R_e≥F，则基础安全；反之，若R_e＜F，则基础不安全。

2.如权利要求1所述的盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，其特征在于，所述步骤二)中孤石周围残积土的重度γ采用环刀法测定。

3.如权利要求1所述的盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，其特征在于，所述步骤五)中采用十字板剪切试验，测试出不排水抗剪强度c_u。

4.如权利要求1所述的盾构机施工中地层孤石对上覆独立基础安全性预测方法，其特征在于，所述步骤一)中孤石的直径D采用地质雷达、高密度电法或跨孔地震法测量。