利用数学模型预测超大直径泥水平衡盾构法隧道工后沉降.pdf

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1、第2期(总第165期)2013年4月中圄彳丛z柱No．2(SeriaINo．165)CHINAMUNICIPALENGINEERINGApr．2013DOI：IO．3969，j．issn．1004-4655．2013．02．016利用数学模型预测超大直径泥水平衡盾构法隧道工后沉降晁东辉(上海市城市建设设计研究总院，上海200125)摘要：工程建设中地表沉降是由多种原因产生的，大致可分为施工中产生的沉降和施工后产生的沉降两部分。在软土地区的隧道施工中，工后沉降占有较大比例，研究预测工后沉降具有重要的工程价值。通过实测数据与几种

2、预测模型的比较，分析了不同模型的优缺点及其应用情况。关键词：隧道工后沉降；泥水平衡盾构：数学模型中图分类号：U455．43文献标志码：A文章编号：1004—4655(2013)02—0047—03对于软土地区，一般认为地表变形可分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降，工后沉降一般是指工程施工结束后产生的沉降，包含了相当大部分的固结沉降和次固结沉降。Hulme(1990)把实测数据在笛卡儿坐标系中作图，认为绝大部分沉降发生在盾尾通过之后，意味着工后沉降在总沉降中占很大的比例。Shrilaw(1995)在研究大量隧道长期沉降实测数据

3、的基础上认为在正常情况下隧道长期沉降在总沉降量中占的比例在30％～60％之间变化，在软土地区比例更高。大量实测资料也表明，盾构施工引起的地表变形有一个随时间逐渐增大的过程，盾构施工中被扰动土体的再固结和次固结是地表变形具有明显时间效应的主要原因。1Jo由于对周边环境采取保护措施主要是在施工前或施工期间，施工结束后沉降达到最终值时再采取保护措施较为被动；因此能够在施工期间预测到工后长期沉降的发展及范围，然后根据预测值来决定是否需要对周边环境采取保护措施具有重要的积极意义。1工程概况上中路越江隧道工程位于上海市徐汇区和浦东新区内

4、，是连接黄浦江两岸的重要交通枢纽工程。隧道工程采用一台咖14．87m泥水平衡式盾构机掘进施工。隧道最大坡度为4．50％，最小平曲线半收稿日期：2012—12—28作者简介：晁东辉(1981一)，男，工程师，硕士。主要从事隧道及地下工程设计工作。径为1000m，隧道顶覆土最深处(31．2m1位于浦西陆地段，覆土最浅处(8．64111)位于浦东进洞段，南北线隧道最小净距为8．14m。盾构从浦西工作井始发，之后沿线将先后穿越龙吴路、地下管线群、苑宏新村、上海冶金绝热材料厂、上海市政沥青混凝土二厂厂区及码头、浦西防汛墙、黄浦江、浦东

5、防汛墙、浦东捷东混凝土搅拌站及码头、上中路浦东工地，直至进人浦东工作井。工程范围内的地质资料从上至下依次为：①，人工填土，①：淤泥，②。褐黄一灰黄色黏土，③．灰一灰黄色淤泥F质粉质黏土，④，灰色淤泥质黏土，⑤。灰色粉质黏土，⑤：灰色砂质粉土，⑤，灰色粉质黏土，⑥。暗绿粉质黏土，⑥：草黄色粉质黏土，⑦¨草黄一灰色黏质粉土，⑦m草黄色粉细砂，⑨灰色粉砂。2预测工后沉降的常用数学模型根据对现有科研成果的文献收集，预测建筑物地基和高速公路路基长期沉降的各种模型中较常用且较为贴近工程实际的数学模型有以下几种。2．1双曲线公式Fang等

6、(1993)通过对台北MRTCH218Bl隧道(采用EPB)沉降观测的分析，提出采用双曲线方法来估算隧道轴线上方地表最大沉降随时间的变化，见式(1o‰=而t(1)口+Df⋯式中：t为时间，d，以盾构机尾部通过前一天开始计算；a、b为双曲线常数，b的取值范围为47中国彳跋z存’晁东辉：利用数学模型预测超大直径泥水平衡盾构法隧道工后沉降201三兰兰三期1／85～1／35，mm一；a的取值范围为0．0534-0．2934，d·mm～。取极值，lim‰=lim—乇=÷，即最终沉降t--÷ooa+DrD量为1／b。一般盾构通过前后一段

7、时间的沉降观测是很容易得到的，由此可以得出a、b2个参数的值，进而通过公式求出不同时期的长期沉降值。该经验公式非常简单易用。2．2修正双曲线公式传统的双曲线公式简单易用，但人为地假定瞬时沉降等于零，即初始沉降为零；双曲线公式法得出的沉降值往往偏大于实测值，计算结果偏于保守。针对这一特点，甘有文等提出了修正双曲线公式，见式(2)。即)=等C(2)+口f、一7式中：研f)为t时刻的沉降预测值；a、b、c、d为待定参数，利用工程的沉降一时间序列即可求出。上述改进的双曲线公式仍具有现在一般沉降曲线所具备的基本特点：不通过坐标原点性、

8、单调性及有界性等。甘友文等认为通过实例验算表明，该模型能反映地基沉降变形规律，预测出的沉降精度高，基本可满足工程要求，具有一定的实用价值。2．3泊松曲线模型泊松曲线亦称洛基斯蒂曲线或推理曲线，也有人称之为饱和曲线。在时间序列预测中，泊松曲线的表达式，见式(3)。跗2雨而／_i(3)式中：三