暗挖隧道施工降水引起地层沉降的计算.pdf

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1、器隧道与地下工程Tunnel&UndergroundEngineering暗挖隧道施工降水引起地层沉降的计算徐霖1，杨微2，张华祥1(1．北京市政建设集团有限责任公司第一工程处，北京100176；2．北京金隅大成开发有限公司，北京100124)摘要：暗挖隧道施工前一般通过施T降水和工作面超前注浆堵水来创造无水作业环境。以北京昌平区某暗挖电力隧道为工程背景，分别采用解析算法和数值模拟方法计算了隧道施工降水引起的地层沉降，计算结果可以为隧道止水方案的制订提供依据。关键词：暗挖隧道；施工降水；地层沉降；解析解中图分类号：U455．49文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014

2、)01一0084—03CalculationofGroundSettlementCausedbyGround—waterLoweringinTu衄elingConstructionXuLin，YangWei，ZhangHuaxiang暗挖隧道施工必须在无水环境下进行．目前一般通过施工降水和工作面超前注浆堵水来创造无水作业环境，而施工降水往往会造成隧道周边地层沉降过大，特别是当隧道邻近建(构)筑物和城市主干道时，降水引起的地层沉降和隧道开挖引起沉降的叠加可能会危及邻近建(构)筑物和城市道路的安全，隧道超前注浆止水又会造成工程造价偏高。因此，需要对隧道止水方案进行比较分析。笔者以北京

3、昌平区某暗挖电力隧道作为工程背景，分别采用了解析算法和数值模拟方法，计算由于隧道施工降水引起的地层沉降。1工程概况某电力隧道为高边墙结构，埋深约9m。采用浅埋暗挖法施工，隧道距离城市交通干道10m。隧道自上而下穿越的地层分别为：杂填土、流沙、粉质黏土、粉细砂；穿越的地层地下水丰富，受2层地下水影响。均为潜水。电力隧道横断面示意如图1所示。48．2现况路面I一一¨一1’}，2’

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5、2；’f‘}13。)1{2}4j。；’}。}l“j’}’}。}。llj‘}11‘{’{。2’3ji’；?}4}1{’}j{。}。i‘ii房渣土^=2．5流沙(古水)^=4．0●粉质黏土(水量

6、大)^=5．5r、呻一、。“粉细砂(水量大)^=3_34卅l‘：．s。lr重淤质黏土JI=4．O30．2l一3．63一{84瘩荭故术2014No．1(Jon．)VoI．32图l电力隧道横断面示意图(m)2采用解析法计算降水引起的地表沉降第1层土为房渣土(^=2．5m)，不考虑降水沉降；第2、4层为流沙(^=4．0m)和粉细砂(^=3．34m)，属于砂土层，为瞬时固结，即其固结过程可以忽略时间因素的影响；第3层为粉质黏土(^=5．5m)，其固结要考虑时间效应。降水引起的地表沉降是上述各含水层沉降的综合反映，因此，采用分层总和法计算降水引起的地表沉降。2．1流沙层降水引起的地表沉降2

7、．1．1降水前土层压力1)流沙层上端竖向土压力po=7房渣土^房渣土=1．65×9．8×2．5=40．425kPa。2)流沙饱和重度y。=鲁y。=誓警×9．8=22．295kN／m3。式中：G。为流沙相对质量密度，取2．7；e为空隙比，取1／3；y。为水的重度，取9．8kN／m3。3)由于土层受到水的浮力作用，故还要计算有效重度：有效重度y7=y。一y。=22．295—9．8=12．495kN／m3。4)流沙层下端竖向土压力pl-po+y’^流沙=40．425+12．495×4=90．425kPa。2．1．2降水后土层压力1)流沙层上端竖向土压力p；=y房渣土^房渣土=1．65×

8、9．8×2．5=40．425kPa。2)降水后土层处于自然状态，故还要计算天然重度：天然重度y=pg=2．02×9．8=19．796kN，m3。式中：p为流沙天然密度，取2．02g／cm3；g为重力常数，取9．8N／I【g。3)流沙层下端竖向土压力p，_p；+仲流沙=40．425+19．796×4=119．609kPa。2．1．3地下水位变化引起的地表沉降1)水位变化施加于土层上的平均荷载△p=l／2(△p。+△p1)=1／2×(0+29．204)=14．602kPa。式中：流沙层上端竖向土压力变化值△p。=p：一p。=0；流沙层下端竖向土压力变化值△p1．pj—pl-119．6

9、09—90．405=29．204kPa。2)地下水位变化引起的地表沉降：5。=警=器枷3-s．2一。“一昂一11．22×103“～_J‘““¨式中：变形模量玩=E。(1—2肛‰)=15×(1—2×0．3×0．42)=11．22MPa；流沙层厚度^=4m；压缩模量E=15MPa；泊松比p=0．3；静侧压力系数凰=0．42。隧道与地下工程器TunneI&UndergrOundEnglneering2．2粉质黏土层降水引起的地表沉降对于粉质黏土．土颗粒之间的水为非自由流动状态，降水不可