通过深部围墙与泵送，以减少井挖掘期间的沉降外文翻译资料

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通过深部围墙与泵送，以减少井挖掘期间的沉降

摘要：含水层的深层挖掘可以通过将抽水与切割和覆盖方法相结合来构建。围墙往往在结构上需要加深，以减少起伏或流化的风险在挖掘过程中，减少抽水速率，并在喷射灌浆桩外面建立相关的沉降有时采用延长。

我们分析了喷射灌浆的防水效果和预混合水隔离的需要沉积物。在高速列车施工期间，我们利用两轴挖掘获得的数据在巴塞罗那的隧道，毗邻圣家堂教堂。喷射灌浆的特点是使用在建造围墙前后进行抽水试验。加深围墙的有效性通过比较几个脱水场景所需的沉降和排放量进行评估。它们之间的区别在于围墙的深度。使用分析计算结算从水文地质模型中获得的降水量，并在数值上采用水力机械模型。结果表明，喷射灌浆降低了土壤的渗透性（从5.5降低到0.6米/ d）减少了90％。然而，这种减少只影响了堆积面积，使得必要的抽水率和外面的沉降围墙只减少了40％。结果还表明，由于地下水泵送的沉降是公平的平滑（即，差异沉降很小）具有较低的绝对值。此外，他们在抽水时恢复停止。这种相当弹性和僵硬的行为反映了巴塞罗那沉积物的前期综合性质而且缩小的深度集中在土壤最紧凑的地方，几乎没有变化土壤表面附近有效应力。在这种情况下，抽水会造成定居的严重风险，并且可以通过在结构上需要最小深度构造围墙来降低挖掘成本。此外，对泵送过程的强烈控制可以有助于减少常规的安全因素抵抗起伏。

1. 引言

城市增长需要建设地下结构在城市地区。下面可以采用几种技术进行挖掘水台防止液压起重或流化的开挖。根据EUROCODE 7（Frank等人，2004）。一些技术避免地下水通过防水进入挖掘墙壁，而其他则是脱水。这些方法可以结合起来，优化效能，增加安全性并降低成本（Powers et al。，2007）。例如，剪切和覆盖方法涉及在隔膜壁之间进行挖掘，可以结合泵送（Forth，2004）。隔膜墙确保挖掘墙是稳定的，流动（Xanthakos等人，1994），同时泵送减少孔隙水挖掘之下的压力。墙壁的深度必须足够耐受地球和水压力的挖掘（Lancellotta，1995）这种技术已被用于线性挖掘例如隧道（Pujades等人，2009; Zhou等人，2010），井或地下火车站（Knight et al。，1996; Jurado et al。，2012; Vilarrasaet al。，2012）。然而，偶尔，隔膜壁会延长作为降低或消除泵送的低渗透层，因为一些作者报告由于拖欠引起的大型沉降（Hsi and Small，1992; Gue and Tan，2004; Roy and Robinson，2009）。我们认为这些措施的贡献（会增加成本）安全性是有问题的，因为延长隔膜墙壁不会减少开挖以下的孔隙压力。

泵送造成的沉降是关键问题。同时大多数岩土工程师担心他们，一些作者则认为，抽水对总沉降的一小部分是有责任的。其他因素，例如墙体偏转或施工过程中产生的问题隔膜墙或喷射灌浆，对沉降作出了重大贡献（Wong and Patron，1993; Hwang et al。，2006; Kung et al。，2007;Arai等，2008）。显然，总体问题取决于刚度的周边土壤和施工程序。

实际上，由缩减造成的沉降相当平滑，即抽水不会造成很大的差异沉降，除了在地质和岩土条件发生重大的横向变化的情况下。统一沉降不会损坏建筑物。此外，泵送确保了底部的稳定和可行的条件挖掘（Pujades等，2012），这减少了墙体的挠曲在开挖过程中产生的沉降。因此，一般来说，泵送并不构成严重风险，只要其设计良好并以受控的方式进行。

有时，喷射灌浆桩平行于短隔膜墙用于深化围墙（Forth，2004）。但防水喷射灌浆的能力是有争议的。喷射注浆开始于20世纪70年代提高土壤剪切强度（Fang et al。，1994）将浆料注入细颗粒土壤（即低水力传导性材料）（Berry等人，1988）。它涉及注射水泥混合物（以及可能的其他流体，如空气或水，高速）进入土壤（Tinoco等，2011）。喷射灌浆也用于减少土壤水力传导性（Davis and Horswill，2002; Wen，2005;Wong and Poh，2005; Nikbakhtan等人，2010）当高液压时存在导电层。这些层含有粗糙的沉积物。尽管几位作者（Forth，2004; Saurer和Lesnik，2011）都赞成喷射灌浆的这种应用，几乎没有提供喷射的价值水力传导率。 Allan和Kukacka（1995）分析在实验室中喷射灌浆土壤的核心样品获得低值在低水力传导性土壤（8·10-6〜8·10-8 m / d）。在上另一方面，Vilarrasa等人（2012）量化了喷射流的透射率围墙采用防水处理，采用高液压开挖导电材料。获得的透射率值为2因此，数量级比原来的沉积物低证实喷射灌浆在降低水力传导性方面的效果的高渗透性土壤。但是，这种减少可能不会由于喷射灌浆墙的宽度小，足够了。此外，这种减少的评估是全球性的。因此，风险当地的问题没有消除，因为大多数流量可能集中在几个开口。

因此，鉴于深化围墙效率不高而使用喷射灌浆不能保证成功，以下可能会提出问题：围墙是否加深了成本/有效措施反抽喷射灌浆对此有用吗？

这些问题是在建造井的过程中提出的在西班牙巴塞罗那的高速列车（HST）隧道。隧道，穿过巴塞罗那从SW到NE，被挖掘出来圣家堂教堂（联合国教科文组织世界遗产）使用隧道掘进机（TBM）（图1a）。大教堂的建设（由安东尼奥·高迪设计），于1882年开始并正在进行中，引起了政治家和新闻界的关注，他们担心为了隧道挖掘期间大教堂的安全。急每700米隧道建造井。井是深挖用切割和覆盖方法进行。安全措施增加了两轴接近的建设在布鲁克和帕迪利亚街道的大教堂（图1）。三个选项被考虑用于挖掘井：

1.短隔膜墙壁：隔膜墙是在建造的结构上需要最小深度。深度脱水是至关重要的保持挖掘在干燥，稳定的条件下。

2.长隔膜墙壁：隔膜壁比最小深结构需要深度。通常，隔膜壁是用钢筋混凝土构造到最小结构深度。剩下的墙壁不一定加固。短隔膜墙用喷射灌浆加长。

3.带喷射注浆加长短地下连续墙：所述隔膜壁的深度是在结构上所需的最低限度。

政府的主要要求是减少尽可能地在附近的建筑物上的位移。一个值定义为沉降的警告限制。因此，轴的初步分析包括水力机械计算通过PLAXIS有限元代码挖掘问题，并且基于泵送和挖掘来预测位移的轴。但是，如预期的那样，沉降非常敏感到土壤刚度。以前的水文地质学研究巴塞罗那指出，土壤的刚度参数应该是相对较高，是由于历史振荡的结果预处理土壤的地下水（Vaacute;zquez-Suntilde;eacute;et al。，2005）。然而，导出了以前计算中使用的值主要来自压力计，分析卸载重载相。现在很清楚，这些值远低于实际刚度的土壤施加应变水平。将讨论这一方面后来。根据推理，第一个选项被丢弃，任何一个如果可能，应该避免对沉降的贡献甚至很小。选择2和3选择在Bruc和Padilla。施工过程中（或之后）没有出现问题的轴，但施工成本大大增加通过这些选择。

目前的工作（1）延长机柜的有效性以避免泵送造成的沉降和（2）量化的水力特性在喷射灌浆封壳的实际尺度。

1. 问题称述和基本概念

2.1地理，地质和水文地质学描述

巴塞罗那位于第四纪（上）和第三纪以上（下）沉积物。这些材料位于古生界和/或三叠之上编队。一般来说，隧道穿透第三纪材料，但在一些地方，它也穿过第四纪（图1b）。

第三纪属于上新世。他们组成的粘土和灰泥，由于海洋沉积，以及序列砾岩与砂土基质。上新世的特点是这些岩性的替代。精细沉积物占主导地位底部，粗沉积层数量增加厚度较浅。

上新世被第四纪材料所覆盖分为更新世和全新世。更新世矿床是组成的的砾石与底部的粘土基质。这些砾石是冲积风扇沉积物用粘土基质转化成沙子朝海。这些冲积物覆盖着海洛因沉积物由含有钙质结节的棕黄色淤泥组成。在这个序列的顶部是一个钙质层。这个系列发生三个倍。全新世矿床由：

bull;由细碎的沉积物构成的暴雨，冲积和山麓沉积物

（红色粘土或淤泥）。

bull;冲积砂砾和沙子。

bull;沿海平原沙

研究地点的地质特征是记录描述以及在该钻孔中钻出的几个钻孔的相关性两个站点。 此外，钻孔天然伽玛射线测井也是用于关联配置文件。图2a和b显示地质十字架分别在Padilla和Bruc。可以观察到这一点第四纪和第三纪分为不同的几个阶层纹理和岩性。

第四纪和第三纪沉积物可以被认为是单一的含水层具有相当的垂直异质性。其有效透射率（Teff）为100-200 m2/天。 粘土层的水力传导率（k）范围为0.001〜0.01m / d，沙砾层的水力传导率（k）变化为0.1〜10m / d。 这些值源于众多的液压在HST隧道项目和其他项目期间进行的测试。

2.2 土壤状况描述

对土壤水文地质史的了解至关重要预测其对脱水的反应。结构和变形土壤特征取决于其地质历史。像许多欧洲城市一样，巴塞罗那城市化的早期阶段是相关的工业活动增加。地下水提取工业造成地下水位大幅度下降。随后城市工业的衰退导致地下水的复苏水平（Vaacute;zquez-Suntilde;eacute;等，2005）。地下水波动的副作用是土壤预固结。因此，巴塞罗那的土地行为当地下水振荡不超过时弹性工业活动期间达到最大限度。由于这个最大下降大约在10-15米圣家堂大教堂，当前的地下水波动通常保持在曲线的肿胀（弹性）分支。

2.3 施工特点

两个轴都是圆形（19.7米直径），深度为41和Padilla和Bruc分别为40米。围墙延长了至于低渗透性的第三层降低泵送。只要隔膜壁用于Bruc轴的围墙，达到61米的深度。这些墙由钢筋混凝土制成从表面到深度为45米，这是最小深度结构需要。他们由45至61米的混凝土制成深度。 Padilla围墙由46.5米深的隔膜组成钢筋混凝土和喷射灌浆桩的墙体从42.5到61.5米深（低渗透层位于哪里）。作为一个结果，喷射灌浆桩重叠隔膜4米以确保围墙的密封。喷射灌浆围栏位于在隔膜的围墙内部（图2a）。喷射灌浆使用双流体（Gavaskar，1999）及其施工特点在表1中给出。

3. 基本概念

3.1 水文模型

一些水文数值模型被用来实现目标。我们使用有限元代码TRANSIN-IV（Medinaetal。，2000; Medina和Carrera，2003），具有视觉界面VISUAL TRANSIN（UPC，2003）构建模型。 TRANSIN-IV可用于几个任务，包括仿真，参数估计，误差和灵敏度分析，模型选择或实验设计。它有益于解决实际上广泛的流量和运输问题已经被证明了很多次（例如，Usunoff等人，1992;麦地那和卡雷拉，1996年; Iribar et al。，1997; Goacute;mezet al。，2010）。模拟需要定义几何，边界条件，液压参数（水力传导率和储存系数）和泵送速率，如下所述。

采用轴对称和多层数值模型取决于每种情况的几何形状（图3a和b）。横向边界距离现场很远，以确保他们不是受泵送影响，因此施加的边界条件边界是一个规定的头。顶部和底部被建模为没有流动边界，因为仅分析泵送的影响。流量或头部在泵井处处方取决于每个模拟的目标或可用数据。

数值模型用于估计水力参数的土壤和围墙的状态通过自动校准（也称为参数估计，逆问题或反向分析），采用泵送试验期间测量的数据。自动使用该方法进行了TRANSIN-IV的参数估计

Carrera和Neuman（1986a，b，c）和Medina和Carrera（2003）。这些模型也被用于模拟一些脱水场景为了找出最好的选择。安全系数和分析计算每个模拟的外部结算通过使用数值结果。

3.2 底部稳定性（安全系数）

比较了几种脱水情况的结果。它们之间的主要区别在于围墙的深度。必须确保挖掘底部的稳定性。地下水引起的潜在开挖问题包括流化和基础起伏。挖掘时可能发生流化在无限制的含水层中进行，基础可能起作用在限制含水层之上进行开挖时的地方（Cashman和Preene，2001）。在实践中，积极（即压缩）有效解决这两个问题的各个阶段的重点至关重要。

根据EUROCODE 7（Franketal。，2004）的验证液压起重应通过比较，在任何一点进行挖掘底部，总应力和孔隙水压力相乘由相应的部分安全因素。

Eurocode标准推荐gamma;G，stb = 0.9，gamma;G，dst = 1.35。尽管有这个建议，我们使用了较低的全球安全系数为1.2，原因如下：

a）欧洲规范建议是指直壁，哪里如果土壤有效，被动强度可能会大大降低压力降低。在我们的例子中，轴的圆形几何形状不需要任何明显的被动强度。

b）欧洲规范的建议是基于浅抽挖掘底部，而不是从深井抽出在轴下方的整个土壤剖面，这是考虑的情况。因此，孔隙水压力的值可以是直接从泵送井测量（和控制），因此减少其价值的不确定性。

由于土壤是异质的，压力的下降是不同的在每个地质层中，对于下面的每个米计算SF挖掘的底部。剪切阻力如内聚力和在这种分析中通常没有考虑摩擦力（Frank等，2004）。但是，由于这些力量是相反的水压效应，我们的计算是保守的。

3.3 结算预测

计算出由于脱水而导致的每个情景的沉降使用分析近似和耦合水力机械数值模型。计算更容易应用分析近似从水文地质学数据得出的下降模型。结果与数值结算进行比较使用水力机械数值模型获得，这需要更多的时间和奉献计算沉降。如果结果是类似的分析解决方案可以用作初步评估。两种方法都需要知道层的可压缩性i

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