地铁隧道盾构法施工引起地表沉降动态分析

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1、地铁隧道盾构法施工引起地表沉降动态分析　　摘要：随着我国施工技术的不断提升，出现了地铁隧道盾构法的施工，而其施工会对地铁附近的建筑产生一定的影响，基于此，本文分析了地铁隧道盾构法施工导致地表沉降的动态分析。关键词：地铁施工；盾构法；施工；地表沉降中图分类号：U231文献标识码：A引言盾构法施工作为一种安全高效的隧道施工方法，具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，在城市地铁中得到了广泛的应用。尽管如此，盾构法隧道施工仍难避免引起地层损失，对周围岩土体产生扰动，进而对地面建（构）筑物、道路、桥梁、地下管线等产生影响。1、

2、地铁隧道盾构施工概述7盾构法施工已成为我国城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。同其他施工方法一样，施工将不可避免地扰动土体，破坏了原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化，导致地表的沉降。无论施工技术如何改进，预测地铁隧道开挖引起的地表位移沉降及对周围环境的影响是盾构施工的一个重要问题。围绕这一问题国内外学者们运用了许多方法进行了大量的研究工作。刘建航提出盾构施工过程中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之间有一定的差值，即“负地层损失”的概念，从而对Peck公式进行改进;Loganathan和Poulos基于解析理论，提出预测地表沉降的解析公式，

3、由于实际影响因素比较多，理论计算参数取值存在一定的局限;王穗辉等利用神经网络强大的非线性映射进行建模分析，目前，将人工神经网络应用在地铁施工建设处于启动阶段，还需要进一步开展研究和试验;张海波、于宁等利用数值模拟的方法对开挖过程进行了模拟分析;张书丰等利用数学方法中的延迟差分方程法建立模型对纵向地表沉降进行动态预报;刘波等基于最优化理论的共轭方向加速法，研究了Peck法与随机介质法各自的多参数反分析方法。由于地质条件的复杂多变以及施工参数的变化使得上述的研究成果具有一定的局限性，不同地区纵向地表沉降有着不同的特点。2、地表沉陷预测模型2.1

4、、基本原理7岩体作为开挖沉陷的研究主体可以用两种完全不同的介质模型来模拟，一种是连续介质模型;另一种是非连续介质模型。由于岩体中有一系列原生的和开挖引起的裂隙面和其他非连续面，开挖沉陷问题属于非连续介质模型，开挖引起的岩层和地表移动的规律与作为随机介质的颗粒体介质模型所描述的规律在宏观上相似。概率积分法应用时应注意几种假设:岩体是各项同性、均质的、不连续介质，即地表移动与方向无关，也称为等影响原理;岩层水平成层，承认线性叠加原理;盆地内岩体体积不随深度变化，只产生形变。我国通用的概率积分法主要适用于水平和倾斜地层半无限开采条件下的地表移动变

5、形计算。所以应用概率积分法来研究开挖沉陷引起的地表移动变形问题是适当的。2.2、地表沉陷预测模型由概率积分法理论可知，动态地表移动的主断面形式为盆地型，如图1所示。据此得到盆地主断面移动变形计算式:式(1)中，β为主要影响角;H为开挖深度，m;C一般的计算公式为C=1－e－ct;r为主要影响半径，一般取H/tanβ，m;d为拐点偏移距，m;Cd为动态下沉盆地系数，r/(r+d);m为开挖直径，m;η为下沉系数;v为开挖速度，m/a;c时间参数，一般条件下1.0≤c≤3.0;x为观测点距原点的距离，mm;t为下沉变形时间，(0≤t≤+∞)，a

6、;ω(x，t)表示地表下沉值。对式(1)进行积分变换得:利用概率积分法预计地表下沉值时，要根据实测资料，在详细分析施工区条件、广泛参考相近地质开挖条件下的观测数据的基础上，进行综合分析并依据规程按照开采覆岩的性质来确定充分采动下沉系数、主要影响角正切值、拐点偏移距等经验参数。2.3、地表沉陷预测参数选取7开挖沉陷预测结果的精度主要取决于预计模型与实际地表移动变形规律的一致程度，而对于概率积分法预计模型预计精度则主要取决于参数的可靠性。概率积分法中所涉及的主要预计参数有5个，即下沉系数η、主要影响角正切tanβ、拐点偏移距d、动态下沉盆地系数

7、Cd、影响传播角β。参数的影响因素复杂，如何选取参数是实践中的难题。概率积分法预计参数一般是利用地表移动观测站数据通过最小二乘法曲线拟合确定，最小二乘法对于实际情况的复杂性导致的观测站数据中包含异值或粗差的影响非常敏感，可能会使拟合参数估值产生偏差，导致预计结果失真。抗差估计求参技术可以较好地克服模型偏差和异值点造成的失真性。2.4、沉降结果分析根据选取典型沉降监测断面的监测点的监测数据和预测数据作为分析对象，具体的沉降曲线和下沉位移预测曲线如图1、图2所示。图1纵向地表沉降曲线对比图图2距洞口60m处截面上横向地表沉降监测值和预测值曲线图

8、7由图1可以看出，隧道正上方的对称中心线处沉降量最大，达到－16.35mm，而两侧的测点沉降量则随着距离中线的增加而减小的这种基本趋势。但几乎所有测点都在一定程度上表现出了一种变