地铁隧道纵向沉降和结构性能研究

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1、地铁隧道纵向沉降和结构性能研究【提　要】：地铁隧道发生的过量不均匀纵向沉降对隧道结构内力、变形、接头防水、以及隧道正常运营的影响已不容忽视。因此研究地铁盾构隧道的纵向结构性能和变形性态，是非常必要而且迫切的。本文分析了地铁隧道纵向沉降的影响因素和作用机理；改进了隧道等效连续化的计算方法，对地铁盾构隧道纵向结构性能进行了讨论。【关键词】：地铁隧道纵向沉降等效连续化Abstract:　TheinfluenceonnormaloperationofMetrobyinnerforce,deformationandjointsentofmetrotunnelh

2、asbeenattachedmoreimportance.Theresearchingofthelongitudinalstructureanddeformationcharacteristicoftunnelisemergent.Thecausesoflongitudinalsettlementoftunnelanditsactingmechanismaresuggested.Theequivalentcontinuousmodelisupgraded.binedationandstructurecharacteristicofshielddriv

3、entunnelarediscussed.Keyetrotunnel,longitudinalsettlement,equivalentcontinuousmodel.1　引言随着我国城市化程度迅速提高，国内许多大城市都竞相发展以地铁为主干线的快速轨道运输系统（RTS）。北京、上海、广州、南京、深圳等地相继开展大规模的地铁建设。随着盾构施工技术和施工工艺的发展成熟，盾构施工法以其对城市地面环境影响小的特点，成为城市环境下地铁隧道的主要施工方法。由此也发现，在饱和、灵敏度高的软土地区，盾构隧道经常发生较大的不均匀纵向沉降，其对隧道纵横向的内力、变形、接

4、头防水、及隧道正常运营的影响已不容忽视。因此研究盾构隧道的纵向结构性能和变形性能，分析隧道纵向沉降的影响因素，是非常必要而且迫切的［1］［2］。国际隧道协会（ITA）在2000年盾构法隧道设计指导中提出在必要时将隧道纵向沉降的影响列入荷载种类的其他荷载项予以考虑［3］。上海市地基基础设计规范对盾构隧道设计的规定中也提出必要时尤其在隧道下卧土层土性变化处应考虑隧道纵向不均匀沉降对隧道内力的影响［4］。这表明隧道纵向沉降尤其是不均匀沉降对隧道的影响已经引起国内外工程界的重视，但以上二者都没有明确提出具体应该如何考虑隧道纵向沉降的影响和隧道的纵向结构性能，

5、需要进行进一步的深入研究。2　隧道纵向沉降影响因素分析2.1　施工期间的影响施工期间隧道沉降主要是由于盾构推进时对周围土体的扰动，以及注浆等施工活动引起的；主要包括以下几个方面的因素：①开挖面底下的土体扰动；②盾尾后压浆不及时不充分；③盾构在曲线推进或纠偏推进中造成超挖；④盾壳对周围土体的摩擦和剪切造成隧道周围土层的扰动；⑤盾构挤压推进对土体的扰动。隧道衬砌环入土后的沉降发展过程，按其发生的时间先后和原因可大体分为三个阶段［5］：①初始沉降；②下卧土层超孔隙水压力消散而引起的固结沉降；③下卧土层骨架长期压缩变形的次固结沉降。隧道通常要在盾构推进完毕后

6、半年至一年后开始使用。因此，一般在施工阶段已大体完成了初始沉降和固结沉降，而在长期使用阶段则缓慢地进行次固结沉降。经过长期的发展，现在的盾构施工技术和施工工艺都已比较成熟。采用的泥水平衡和土压平衡盾构等先进的施工设备及同步注浆，减小了对隧道周围土体的扰动。除在隧道与车站的连接段外，如果隧道下卧土层均一，则在盾构施工期间隧道的沉降比较一致，则隧道纵向不均匀沉降较小。2.2　隧道在长期营运中的纵向沉降影响因素在长期营运中隧道的纵向不均匀沉降主要有以下六个因素所致［5］：①隧道下卧土层固结特性不同；②隧道临近建筑施工活动的影响；③隧道上方增加地面荷载；④隧

7、道所处地层的水位变化；⑤区间隧道下卧土层水土流失造成破坏性纵向变形；⑥隧道与工作井、车站连接处差异沉降。处于饱和软弱土层中的隧道在长期营运中，一般都会持续增大纵向沉降，很可能会占到总沉降量的主要部分。例如上海地铁1号线于1995年建成投入营运，长期的沉降监测发现，隧道在长期运营中的沉降及不均匀沉降相当大，许多隧道段的沉降和不均匀沉降一直在发展，而且没有收敛的趋势。图1为1995~1999年上海地铁1号线累计沉降曲线图［6］，可以看出，1995年到1999年间，人民广场站—新闸路站之间的区间隧道最大累计沉降量超过145mm；黄陂路站-人民广场站之间的区

8、间隧道在1995~1999年间差异沉降量近90mm。长期下去，必然会对隧道的结构安全、接头防水造成威胁，而且