盾構(gòu)法隧道引起的地表變形分析

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1、第21卷第3期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)21(3)：388～3922002年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch，2002盾構(gòu)法隧道引起的地表變形分析123張?jiān)埔笞跐尚煊栏?2(南京大學(xué)地球科學(xué)系南京210093)(河海大學(xué)巖土工程研究所南京210098)3(上海隧道工程股份有限公司施工技術(shù)研究所上海200233)摘要在分析盾構(gòu)法隧道引起地表變形的原因的基礎(chǔ)上，將盾尾空隙的大小、注漿充填的程度、隧道壁面土體受擾動(dòng)的程度和范圍等對(duì)地層位移有著重要影響，而在實(shí)際工程中又難于分別量化的因素，概

2、化為一均質(zhì)、等厚的等代層，分析了地表變形對(duì)等代層參數(shù)的敏感性。在有實(shí)測(cè)位移的情況下，可運(yùn)用位移反分析法較準(zhǔn)確地獲取等代層的參數(shù)。實(shí)例分析表明，這種處理方法用于實(shí)際工程中能取得合理的、令人滿意的結(jié)果。關(guān)鍵詞盾構(gòu)法隧道，三維有限元，等代層，地表變形分類號(hào)U455.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1000-6915(2002)03-0388-05一主要原因，尤其是在飽和軟土地層中?？梢?jiàn)，地1引言表變形的大小取決于地層和地下水條件、隧道直徑、埋深和施工條件等。地表變形問(wèn)題是盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)及可行性研實(shí)際上隧道掘進(jìn)是一個(gè)三維問(wèn)題，尤其是靠近[1]究中的重要內(nèi)容。

3、盡管國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)法隧道的施工開(kāi)挖面前方的位移，盡管人們都認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，但技術(shù)日趨成熟，盾構(gòu)數(shù)量逐年上升，應(yīng)用的地質(zhì)條要直接模擬隧道掘進(jìn)產(chǎn)生的三維效應(yīng)是非常困難件也越來(lái)越廣泛，但其理論研究卻明顯地滯后于工的，特別是盾尾空隙、隧道壁面土體的擾動(dòng)和注漿程實(shí)踐，盾構(gòu)法施工大多仍依賴于經(jīng)驗(yàn)，因此，加層的處理。文[2～4]用三維常量邊界元分析了均質(zhì)強(qiáng)盾構(gòu)法隧道的理論研究顯得十分迫切。線彈性地層中的淺埋隧道在開(kāi)挖面瞬間到達(dá)某一位置且隧道周邊應(yīng)力完全釋放時(shí)，隧道軸線上方地表2地表變形的原因變形問(wèn)題。該方法對(duì)盾尾空隙作了兩種極端情況的處理，一種認(rèn)為注漿完全充填空

4、隙，開(kāi)挖面通過(guò)后根據(jù)盾構(gòu)法隧道的施工過(guò)程和特點(diǎn)，盾構(gòu)法隧隧道周邊位移不發(fā)展，地表位移完全是由于開(kāi)挖面道施工引起地表變形的基本原因可歸納為：(1)開(kāi)的應(yīng)力釋放造成的；另一種則完全忽略回填，認(rèn)為挖面土體的移動(dòng)。當(dāng)隧道掘進(jìn)時(shí)，開(kāi)挖面土體受水土層在自然充滿空隙前，土層與襯砌不接觸，當(dāng)土平支護(hù)應(yīng)力可能小于或大于原始側(cè)壓力，開(kāi)挖面上層填滿空隙后，土層與襯砌接觸，位移不再發(fā)展，前方土體會(huì)產(chǎn)生下沉或隆起。(2)土體擠入盾尾空即在計(jì)算中人為限定了隧道開(kāi)挖壁面產(chǎn)生均勻向內(nèi)隙。盾構(gòu)法隧道的初始襯砌脫離盾尾后，在隧道開(kāi)的徑向位移，將襯砌作為剛體處理。文[5]假定土體

5、挖壁面和襯砌外周圍形成一環(huán)形空隙，土體將向這具有彈性-完全塑性的關(guān)系，用三維彈塑性有限元分析了加拿大安大略省的桑德貝隧道，引入總間隙參一空隙產(chǎn)生位移，從而引起地面沉降。(3)土體與數(shù)G，反映隧道開(kāi)挖面推進(jìn)和隧道施工引起的地層襯砌的相互作用。在周圍土體壓力作用下，襯砌要損失，總間隙參數(shù)定義為產(chǎn)生變形，同時(shí)襯砌對(duì)周圍地層也產(chǎn)生相反方向的G=U*+ω+2Δ+δ(1)作用力，地層變形是土體與襯砌的相互作用的綜合3D*表現(xiàn)。(4)改變推進(jìn)方向。掘進(jìn)機(jī)向上或向下傾斜，式中：U3D為開(kāi)挖面推進(jìn)引起的等效三維徑向位移，使多余的土體被挖去，盾尾空隙增大，它與施

6、工質(zhì)Δ為盾尾壁厚，δ為拼裝襯砌的空間，ω為與施工量有關(guān)。(5)受擾動(dòng)土體的再固結(jié)是地層變形的另質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)。他們認(rèn)為隧道周邊土體自由地向2000年5月18日收到初稿，2000年7月17日收到修改稿。作者張?jiān)坪?jiǎn)介：女，1965年生，博士，1986年畢業(yè)于南京大學(xué)水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)為副教授，主要從事地面沉降方面的研究工作。第21卷第3期張?jiān)频?盾構(gòu)法隧道引起的地表變形分析?389?已開(kāi)挖區(qū)內(nèi)變形，一旦土體的徑向收斂達(dá)到總間隙(2)厚度由等代層的意義可知，一般而言，參數(shù)，環(huán)狀襯砌單元就開(kāi)始起作用，且假定土體與等代層的厚度并不等于盾尾空隙的理

7、論值，如果隧襯砌完全接觸，并達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)，該方法中的道壁面土體較硬，不被擾動(dòng)，僅向盾尾空隙產(chǎn)生少*等效三維徑向位移U的物理意義較為含糊，且沒(méi)許位移，其余空隙都被漿體充填，則等代層的厚度3D有考慮注漿的作用?？梢?jiàn)，在現(xiàn)有的分析方法中，應(yīng)略小于盾尾空隙的理論值，如果隧道壁面的土體對(duì)襯砌脫出盾尾后土體向盾尾空隙的自然充填及注較軟，則當(dāng)襯砌脫出盾尾后，土體迅速向盾尾空隙漿后漿體的分布情況和隧道壁面受擾動(dòng)的程度及范移動(dòng)、充滿盾尾空隙，隧道壁面土體受擾動(dòng)。同時(shí)，圍等一直沒(méi)有較好的處理方法。在壓力作用下，水泥漿滲入到軟土中，形成土與水在影響地表變形的各

8、因素中，土體及襯砌材料泥漿的混合材料，考慮到軟土的易擾動(dòng)性且隧道壁的力學(xué)性質(zhì)可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，艙壓力在施工時(shí)可面位移較大，等代層的厚度將大于盾尾空隙的理論以人為控制