隧道施工引起地层位移预测模型的对比分析论文

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1、隧道施工引起地层位移预测模型的对比分析论文.freelax为在曲线的对称点处(即隧道中心线的正上方)所发生的最大沉降，i为从隧道中心线到沉降曲线的拐点处的水平距离。计算i的一个广泛采用的方法是M.P.O′Reilly和B.M.Ne，直径φ4～6m，能够满足上述Peck法的适用条件，因此具有良好的实用效果。4随机介质理论法的参数确定在随机介质理论中，需要确定2个关键参数：β和△R。而随机介质理论是最近3～5a来刚刚从矿业工程领域引入城市浅埋地铁隧道开挖引起地面变形计算中，因此对相关的计算参数的基本规律和选用还缺

2、乏经验。相对而言，Peck法在国内外的应用更加广泛，也已经积累很多经验。公式中所应用的2个关键参数，即沉降槽宽度系数K和地层损失系数Vl，不仅对其影响因素有很多研究成果，且也提出很多行之有效的计算或预测方法，各地还积累一定的经验取值方法。因此，在明确随机介质理论法和Peck法的关系的基础上，进一步讨论2种方法的关键计算参数之间的关系，在随机介质理论中引入Peck法的相关经验，以便使随机介质理论法的应用进一步符合工程实际。4.1主要影响角β在随机介质理论法中，主要影响角β控制计算沉降槽的宽度。这与Peck法中的

3、沉降槽宽度系数K的作用是相同的。因此二者存在理论上的相关关系。将式(5)代入式(9)，可得式(10)即为Peck法中的沉降槽宽度i和随机介质理论法中的主要影响角β的关系。以下对其中的沉降槽宽度i采用2种常用的表达式进行分析，进一步研究。(1)Knothe公式在随机介质理论中，目前采用的Knothe公式10为如果将常用的i=0.5z0代入式(10a)，则可得到β=38.66，相当于Ф=12.68°。具有这样指标的土一般为软弱黏性土。这与“伦敦硬黏土中一般K的均值为0.5左右”的一般概念明显不符。可见，若按照土的

4、实际内摩擦角?值代入计算，将得到较小的β角，也会得到较大的影响范围，最终计算得到的沉降槽会过于平缓。(2)本文建议方法采用i=Kz0，则式(10a)可进一步写为根据不同土类的K的经验值(主要来源于英国)，绘于图4中。同时图中还绘出根据目前普遍采用的Knothe公式得到的曲线。由图4可知，在土中隧道开挖引起的沉降槽宽度的基本规律与Knothe公式相反，即随着土层内摩擦角的增大，沉降槽宽度减小。这主要是由于Knothe公式主要适用于各类岩石，与土作为散体介质的沉陷变形机制不同所致。一个直观的概念是，砂类土的沉降槽

5、相对于硬黏性土来说要窄而深，这是符合工程实际的。采用一个线性关系11，12可很好地描述上述数据，即K=1-0.02Ф(14)式(15)是根据隧道开挖、土质情况直接得到的影响角的一个初步的经验计算公式，在工程实践中易于应用，且采用加权平均的办法，很容易考虑分层土的情况，是本文建议在工程中采用的方法。4.2断面收缩半径△R随机介质理论方法中的断面收缩半径△R和Peck法中的地层损失系数Vl在计算中具有相同的作用，均以某种形式反映隧道开挖后断面面积的变化情况，因此二者之间的关系是显而易见的。经过简单的面积计算公式推

6、导，断面收缩半径?R可方便地与地层损失系数Vl建立关系13，本文不再赘述。5算例分析5.12种方法预测结果的基本规律为验证上述分析结果，分别采用随机介质法和Peck法计算不同埋深的圆形隧道的地面沉降情况。隧道半径为3m，半径收缩0.1m，影响角50°。换算Peck参数为地层损失系数6.56%，沉降槽宽度系数0.336。计算结果如图5，6所示。即均匀收敛(考虑隧道断面均匀收缩△R)和不均匀收敛(隧道断面收敛变形不均匀，即拱顶收缩2△R，隧道底部不产生引起地面变形的收敛)。显然后者应该更加接近实际情况13，14。

7、当隧道埋深较大时(例如z0/R＞6)，Peck法和随机介质理论方法所计算的结果差别不大。如图5(b)所示；而当隧道埋深较浅时(如z0/R＜2)，Peck法计算结果明显有较大的误差。当隧道相对埋深z0/R＞4，Peck法计算得到的最大沉降(即隧道中心沉降)均介于均匀收敛与不均匀收敛的随机介质理论计算结果之间，且误差为4%～10%；而当z0/R＜4，则Peck法计算结果明显大于随机介质理论的计算结果，且计算结果的差异迅速增大(见图6)。这也说明对于Peck理论方法而言，浅埋隧道预测误差很大，特别是中心点沉降偏大较

8、多。5.2实例分析本文借用阳军生和刘宝琛2中所采用的算例，按照其通过反分析得到的随机介质理论法的参数tanβ和△R，反算得到其Peck法沉降槽宽度系数K和地层损失系数Vl，如表1所示。表1中还给出根据Knothe公式计算得到的地层的内摩擦角Ф，可看到反算得到的内摩擦角Ф过小，在约一半的工程中甚至小于0，这再次证明Knothe公式在土中隧道是不适用的。表中还给出用本文建议的式(15)得到的内摩擦角Ф。