盾构施工对地表沉降影响的预估论文

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1、盾构施工对地表沉降影响的预估论文.freel,内径5.5m,衬砌厚度35cm,环宽1.2m,.freel);Smax为隧道中心线处最大地面沉降(m);x为距隧道中心线的距离(m);i为沉降槽宽度系数(m);VS为盾构隧道单位长度地层损失(m3/m)。Peck公式中的VS(地层损失)与盾构种类、操作方法、地层条件、地面环境、施工管理等因素有关,目前尚难给出确定的解析式。根据统计,在采用适当技术和良好操作的正常施工条件下,地层损失VS可表示为:VS=VlπR2(3)式中:Vl为地层体积损失率,即单位长度地层损失占单位长度盾构体积

2、的百分比;R为盾构机外径(m)。沉降槽宽度系数i决定了盾构施工对周围土体的影响范围,一般而言,沉降槽半宽为2.5i。研究表明,i取决于接近地表的地层的强度、隧道埋深和隧道半径,其计算式如下:式中:Z为地面至隧道中心的深度;Ф为土的内摩擦角。杭州地铁1号线过江隧道外径为6.2m,土内摩擦角取为23.2°,隧道顶部覆土厚度有18.8m,运用Peck公式计算可得沉降槽半宽OHR-COULOMB模型,隧道衬砌采用线弹性,厚度为0.35m。数模分析中考虑的荷载有结构自重、水土压力,模型采用15节点单元为基本单元类型,共有582个单元,

3、4901个节点。计算参数见表2。3.2数模计算分析3.2.1第1条隧道开挖后的地表沉降数值模拟计算结果见图4,图5。图4表明单条隧道开挖后,造成了地表下陷,土层沉降对称分布,最大沉降出现在施工隧道中心轴线处,隧道上方的地层沉降随深度增加而增加,在接近隧道衬砌顶端位置达到最大,在隧道下方土体出现向上的位移,在隧道衬砌底端达到最大。由图5可知地表最大沉降为12.00mm。3.2.2二条隧道都开挖后的地表沉降数值模拟计算结果见图6,图7。计算结果显示,隧道轴线正上方地表沉降最大,向左右沉降分别逐渐减小,由于新老隧道开挖的相互影响,

4、地表最大沉降为22.22mm,比经验公式计算结果大3.96mm。4结语通过地表沉降经验公式、有限元数值模拟等研究手段计算分析了地铁1号线过江隧道盾构施工对钱塘江海塘的影响,并取得了以下成果:1)盾构隧道开挖引起的地面沉降受多种因素的影响,主要有隧道覆土厚度、盾构隧道外径、开挖面压力、盾尾注浆填充率、地层物理力学性质、施工条件等。2)土体位移规律为:盾构通过后,隧道左右土体有靠近盾构的水平移动;土层沉降对称分布,最大沉降出现在隧道中心轴线处,隧道上方的地层沉降随深度增加而增加,在接近隧道衬砌顶端位置达到最大,在隧道下方土体出现

5、向上的位移,在隧道衬砌底端达到最大。3)纵向地表沉降。纵向地表沉降分为5个阶段,即初期沉降、盾构到达时的地面变形、盾构通过时的地面变形、盾尾空隙沉降和长期延续沉降,其中盾尾空隙沉降和长期延续沉降占总沉降的比例为50%～80%。4)横向地表沉降。①通过经验公式计算及有限元数值模拟,得出了隧道开挖过程中地表横向沉降规律:地表沉降呈对称分布,隧道轴线正上方地表沉降最大,向左右沉降分别逐渐减小。②有限元数值模拟第一条隧道开挖后,钱塘江北岸明清鱼鳞石塘表面最大沉降为18.26mm。③两条隧道都开挖后,地表沉降具有对称性,最后的综合沉降

6、最大值位于隧道中间。由于新老隧道开挖的相互影响,钱塘江海塘表面最大沉降为22.22mm,比经验公式计算结果大3.96mm,验证了有限元数值模拟的有效性和合理性。