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《基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2009年01月沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jan.2009第25卷第1期JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Vol.25,No.1文章编号:1671-2021(2009)01-0028-06基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制刘纪峰,刘波,陶龙光(中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京100083)摘要:目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施.方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀
2、应力场和单向应力场,利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔-库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件.将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制.结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比μ、内摩擦角φ和膨胀角ψ越大,地表沉降也越大.提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法.结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制.关键词:弹塑性分析;浅
3、埋盾构隧道;地表沉降;控制方法;摩尔-库伦屈服准则中图分类号:TQ529文献标志码:A沉降的影响,其结果用于深埋隧道地表沉降计算0引言较适合,而对于大多数浅埋隧道并不完全适用,使盾构施工法作为一种安全高效的隧道施工法得使用受到较大限制.因此,笔者将浅埋单孔盾构在城市地下铁道、地下管线等隧道工程中得到广隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场泛应用.但盾构法施工诱发周围岩土层损伤导致和单向应力场,利用弹塑性力学的Lame公式和[1-4]的地表沉降是亟待解决的问题之一.孙钧院Kiersch公式及摩尔-库仑屈服准则,通过定
4、义弹[4]士等利用粘弹塑性理论,对圆形隧道围岩和衬塑性解的位移边界条件,得出了适合浅埋隧道地[5]砌进行了粘弹塑性分析.丁城刚用轴对称的平表沉降预测的弹塑性计算式,分析了其影响因素,面应变弹塑性理论分析了深埋圆形隧道的应力场得出控制地表沉降的两大措施,并将研究成果成[6]和位移场.Wei-I.Chou和AntonioBobet假定功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉任意垂直于隧道轴线截面为平面应变状态且地层降预测及控制.为孔隙弹性性质、衬砌为线弹性性质,得出了饱和[7]1浅埋单孔隧道的弹塑性分析土体中浅层隧道的解
5、析解.Verruijt采用张量法推导出了饱和黏土层中隧道施工引起地层移动的图1为浅埋隧道的初始地应力场,对浅埋隧[8]应力函数.Bobet给出了极坐标下饱和土体中浅道围岩弹塑性分析作如下假定:(1)围岩是均质层隧道施工致地层变形的弹性解.Gonzalez和各向同性的;(2)隧道开挖为平面应变对称问题;[9]Sagaseta利用虚像技术研究了隧道施工地表沉(3)作用于围岩的原始应力在垂直方向和水平方降的解析解.以上解析法多基于均匀半无限平面向不等,静止土压力系数K0∈(0,1),可取经验值假定,较少考虑盾构施工过程中土体
6、性质变化对0.5.其余参数为:隧道埋深H,m;覆土平均重力收稿日期:2008-03-20基金项目:国家自然科学基金项目(50674095,50304012);北京市优秀人才培养项目(20071D1600700414);教育部博士点基金项目(20060290014)作者简介:刘纪峰(1979—),男,博士,主要从事城市地下工程研究.第25卷刘纪峰等:基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制293密度γ,kN/m;开挖半径Ra,m;塑性半径R,m;弹性应力-应变关系表达式为支护反力σ0,kPa;隧道上部土体的自重应力σv,
7、1+μεr=[(1-μ)σr-μσθ],kPa;隧道上部土体的水平应力σh,kPa;r和θ为E(2)极坐标系.轴对称问题的平衡微分方程为ε=1+μ[(1-μ)σ-μσ],θθθrEdσrσr-σθ+=0,(1)式中:εr为径向应变;σθ为环向应变;μ为隧道围drr岩的泊松比;E为隧道围岩的弹性模量.式中:σr为径向应力,σθ为环向应力.隧道开挖时,土体的变形属弹性范围.轴对称图1浅埋隧道的初始地应力场[10]将二向非等压状态分为外压σh的均匀应力场力场用Lame公式计算、单向应力场用Kiersch和外压(σv-σh)的
8、单向应力场的叠加.对均匀应公式计算,叠加后可得围岩弹性区的应力为2222R1R1RRσr=-σ02-(1+K0)σv(1-2)+(1-K0)σv(1-2)(1-22)cos2θ,r2r2rr(3)224R1R13Rσθ=σ02-(1+K0)σv(1+2)+(1-K0)σv(1+4)cos2θ.r2r2r由式(2)和(3),考虑边界
