(5) Движение щита назад.

Когда процесс проходки останавливается, домкрат из-за утечки масла может вернуться в свое первоначальное положение, в результате чего щит может откатиться назад, приводя к осадкам или разрыхлению грунта в месте забоя.

(6) Обделка туннеля может привести к большой осадке грунта. Кроме того, если в обделке туннеля есть течь и вода попадает на мягкий грунт, это вызовет его оседание.

(7) Изменение направления движения щитовой проходки.

Если щит движется неровно, меняется уклон щита, щит поднимается или опускается, то фактический участок выемки представляет собой не круг, а эллипс, что приводит к осадке грунта. Чем больше угол отклонения между осью щита и осью туннеля, тем больше степень разрыхления и перебора грунта и, как следствие, осадки грунта.

3) Свойства глинистых растворов

Основной метод поддержания стабильности забоя при помощи глинистого раствора заключается в том, что глинистый раствор проникает в пласт под действием осмотического давления, в результате чего происходит кольматация пор пласта твердыми частицами глинистого раствора и образуется гидрофобная пленка. Гидрофобная пленка создает избыточное давление и тем самым удерживает частицы грунта на поверхности стенок туннеля. В процессе продвижения проходческого щита пленка проходит следующий цикл: «образование – затвердевание – разрушение – образование». Таким образом, стандарт для оценки качества глинистого раствора с точки зрения уменьшения осадок грунта таков: количество глины, просочившейся в пласт, должно быть низким, а толщина гидрофобной пленки и скорость ее образования должны обеспечивать постоянную стабильность забоя перед исполнительным органом щита во время проходки туннеля.

Из-за того, что диаметр ротора немного больше диаметра корпуса щита, между корпусом щита и грунтом может появляться свободный зазор. Этот зазор заполняется глиной и частью осевшего грунта. Если возможно увеличить текучесть этой части грунта и уменьшить трение и давление головки щита на окружающий пласт, то осадки грунта уменьшатся.

4) Давление синхронного цементирования

Степень компенсации вспучивания поверхности земли Δs при прохождении хвостовой части щита является функцией, которая определяется толщиной земляного покрова, геологическими параметрами, наружным диаметром тюбингов D2 и коэффициентом избыточного давления синхронного цементирования ΔP/Pстатичный. Зависимость между давлением синхронного цементирования и оседанием поверхности земли получается на основе выводов формулы Пика (Peck):

(3-45а),

(3-45b),

(3-45c),

где: D y – эквивалентный радиус избыточного давления;

m – коэффициент коррекции избыточного давления.

5) Прочие параметры проведения работ

Толкающее усилие резцовой головки является одним из важных факторов поддержания стабильности забоя, поэтому выбор правильной величины этого усилия является сложной задачей. Как правило, в процессе строительства установка давления разреза не принимаются во внимание, а служат лишь в качестве предохранительных запасов. На самом деле, в процессе проходки туннеля не следует пренебрегать значением резцовой головки относительно поддержки забоя. То, как резцовая головка выполняет функцию поддержания устойчивости забоя, играет важную роль в уменьшении возмущения массива грунта.

Что касается скорости продвижения, то степень возмущения грунтовых масс в процессе проходки будет увеличиваться в зависимости от времени прохождения. Оседание поверхности земли, вариации состава почвы создают определенное отставание, поэтому увеличивая скорость продходки, можно уменьшить степень возмущения на массив грунта.

3.3.3. Способы прогнозирования смещения пластов

Способы прогнозирования смещения пластов, в основном, включают в себя эмпирические формулы, цифровое моделирование, испытания модели, экспертные системы и теории серых систем (серый реляционный анализ). Среди них экспертные системы и теории серых систем – это самый горячо обсуждаемый предмет исследований в последние годы, который представляет собой новый ход мыслей на прогнозирование деформаций, но имеет свои сложности в виде огромного количества факторов, которые необходимо учитывать, а также сложности моделирования и трудностей применения в инженерии. Способ испытания модели, в свою очередь, характеризуется высокой стоимостью и плохой управляемостью. Модель метода эмпирической оценки, основанная на статистическом анализе данных из фактических измерений, характеризуется простотой и практичностью, помогает на стадии проектирования с большой долей достоверности оценить степень возможной деформации и имеет хорошую эффективность руководства строительством. Способ цифрового моделирования также является одним из высокоэффективных методов и занимает важное место в изучении закономерностей смещения горизонта в пластах проходки туннелей.

1) Эмпирическая формула

Способ эмпирического прогнозирования, в основном, осуществляется посредством наблюдения за оседанием поверхности земли, данные наблюдения подвергаются математической обработке, а затем в математической форме применяются относительно закономерности оседания, на основании этого, делаются теоретические и эмпирические выводы о максимальной степени просадки поверхности и ее распределении. В практике строительства применяется формула Peck и серия корректирующих формул Пика. Peck предположил, что оседание земли в процессе работ происходит в недренируемых условиях, поэтому объем впадины оседания равен объему потери пласта. Потеря пласта распределяется равномерно по длине туннеля. Поперечное распределение оседания поверхности земли аналогично кривой нормального распределения, как показано на рис. 3-18.

Рис. 3-18. Форма впадины оседания верхнего грунта над туннелем – кривая нормального распределения

(3-46а),

(3-46а),

где: S (x) – длина оседания поверхности земли в области центральной линии туннеля;

S max – степень просадки поверхности земли относительно центральной оси туннеля;

x – расстояние от центра оси до края впадины оседания;

i – коэффициент ширины впадины оседания.

V s— степень потери пласта при проходке 1м туннеля.

(3-47),

где: z – расстояние от центра забоя до поверхности земли; φ – угол внутреннего трения окружающих пластов, ширина впадины оседания поверхности земли B ≈ 2.5i.

Aттвелл внес корректировки в коэффициент ширины i, предложил коэффициент ширины впадины поперечного оседания i, зависящий от прочности пласта вблизи поверхности земли, глубины залегания туннеля и радиуса туннеля, что можно приближенно записать как:

(3-48),