Таблица 3-6. Факторы, которые необходимо учитывать при расчете GAP (применительно к вязким слоям)

Примечание: R – внешний радиус щита, R1 – внешний радиус тюбинга, t – количество избыточной проходки, L – длина щита, α – угол подъема, RC – горизонтальное смещение грунтовых масс забоя назад во время продвижения щита на единичную длину, h – радиус кривой продвижения щита, A – объем фронтального препятствия перед щитом, V% = значение потери пласта / (πR2).

Фактическое выборное значение U*3D и ω различается для разных методов щитовой проходки и разных проектных условий. В таблице 3-6, где с помощью комбинаций различных значений потери пласта подразделяются на различные модели, при отличающихся моделях потери пласта, способы расчета GAP также будут отличаться. Использование технологии синхронного цементирования в рабочем процессе сдерживает увеличение потерь пласта, поэтому при определении модели потери пласта необходимо включить в расчеты влияние коэффициента цементирования (n%). Коэффициент цементирования – это отношение размера фактического зазора, заполняемого бетонирующей суспензией, к количеству теоретической потери пласта. Модель 1: используется в условиях, при которых щит обладает хорошими механическими характеристиками, персонал обладает достаточным опытом, продвижение щита по прямой происходит в обычном режиме. При этом выправление отклонения щита, уклон вверх и уклон вниз, являются малыми, значит избыточная выемка, вызванная этими действиями, отдельно не учитывается; при обычном зигзагообразном продвижении щита вперед, значение потери пласта в этой части ω 1 рассчитывается с помощью количества избыточной выемки при ее срезе; при условии сохранения баланса между давлением грунта в герметичном призабойном отсеке и давлением грунта с жидким шламом в забое, значение U*3D, определяемое потерей грунта в забое, будет равно нулю; не учитывается потеря пласта вокруг корпуса щита; учитывается влияние Gp; учитывается синхронное цементирование. Параметры потери окружающих обделку пластов следующие:

(3-59),

Параметры потери пласта вокруг корпуса щита:

(3-60),

Модель 2: используется при нахождении щита в особых грунтовых слоях и в особых проектных условиях. Например, при верхнем уклоне щита во время продвижения в условиях песчанистых грунтов, либо поверхностного земляного покрова на малой глубине, либо при нерациональной установке толкающего усилия домкратов щита после завершения проходки щита (финального пробития) и отклонении от осевой линии, либо при продвижении щита по кривой. Учитывается потеря пласта избыточной проходки резцовой головки и вокруг корпуса щита, также учитывается потеря пласта U*3D вследствие трехмерного движения грунтовых масс забоя, таким образом, параметры потери пласта вокруг обделки следующие:

(3-61),

Параметры потери пласта вокруг корпуса щита:

(3-62),

Модель 3: в основном используется при потере стабильности забоя в процессе продвижения щита. При нормальном продвижении щита вперед, трехмерная деформация грунта забоя обычно очень мала. Однако, в случае движения щита назад, либо в случае обвала забоя в результате затопления, вызванные этим потери пласта достаточно существенные. В таком случае предполагается, что забой считается свободным, изначальное напряжение грунта забоя полностью сброшено, тогда максимальное значение потери пласта забоя равно (U*3D)max, в этом случае параметры потери пласта следующие:

(3-63),

Параметры потери пласта вокруг корпуса щита:

(3-64),

4) Экспертная система и теория серого в прогнозировании смещения пласта

Хотя эмпирический метод и цифровой способ стали двумя главными методами прогнозирования пласта в туннельной проходке, с ними сопряжено множество сложностей. Если при использовании эмпирической формулы встречается большой разброс ограничивающих факторов, например, геометрическая форма, условия пласта, способ строительства, качество строительства и т. д., то экспертный метод предлагает новый путь решения. Опыт проведения работ и результатов исследований резюмируется, экстрагируется в систематизированные эмпирические правила, попадает в базу знаний экспертной системы, с помощью вычислительного оборудования моделируется в экспертное логическое заключение, что помогает не только избежать многих затруднений, с которыми сталкивается точная наука, но и сделать результаты прогнозов более применимыми. На основе обобщения результатов исследований за более чем 20 лет Университет Тунцзи выдвинул концепт использования экспертной системы для прогнозирования оседания туннелей, создав в 1990 году прототип экспертной системы для прогнозирования оседания поверхности земли, который был применен в мониторинге строительства первой линии Шанхайского метрополитена и показал достаточно хорошие результаты.

3.3.4. Контроль оседания и деформации поверхности земли

Размер деформации поверхности земли зависит от условий пластов и грунтовых вод, диаметра туннеля, глубины проходки, условий проведения работ и т. д. Выбор подходящих параметров проходки и вспомогательных работ имеет важное значение для контроля оседания и деформации поверхности земли.

1) Предварительный контроль перед проведением проходческих работ.

Перед началом проведения щитопроходных работ, прежде всего, необходимо произвести геологическую разведку всего туннельного пути, затем, на основании различных геологических условий, выбрать нужный тип щита и способы проведения вспомогательных работ. При выборе щита, кроме таких факторов как геологические условия пласта в районе строительства, состояние поверхности земли вдоль туннеля, длина туннеля, форма сечения туннеля, сроки строительства, условия эксплуатации и т. д., следует также тщательно изучить вопросы, связанные с проведением проходки, обделки, чтобы работы с применением выбранного типа щита были произведены безопасно и экономично.

Кроме этого, с целью уменьшения деформации фундаментов, перед продвижением щита, следует произвести прогнозирование на основании предыдущего строительного опыта, метода конечных элементов и прочих методов, на основании результатов этого прогноза установить основные значения опорных величин. Вместе с этим, во время продвижения над центральной осью туннеля, а также в пределах обеих сторон необходимо установить контрольные точки для осуществления нивелировки, руководствуясь результатами наблюдений производить работы, корректировать параметры, суммировать опыт и использовать данные при управлении работами на последующих участках.

2) Контролируя параметры проходки во время продвижения щита, необходимо минимизировать объемы избыточной проходки и воздействие на окружающие пласты, посредством оптимизации и сочетания параметров проходки достигать максимально выгодных условий продвижения щита, таким образом добиваясь минимального нарушения окружающего грунта, малых потерь пласта, минимального давления поровых вод, а также наилучшего контроля оседания и вспучивания поверхности земли, высокой скорости продвижения щита и высокого качества монтажа тюбингов.