大直径软土盾构隧道工程地层沉降规律分析.pdf

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1、第1期(总第144期)2010年2月中圄千后麦=钷CHINAMUNlCIPALENGINEERlNGNo．1(Ser．aINo，144)Feb．2010大直径软土盾构隧道工程地层沉降规律分析蒋睿(上海黄浦江大桥建设有限公司，上海200090)摘要：以上海长汀隧桥巾的隧道为背景，研究地层沉降规律。首先建立二维有限元计算模型来模拟盾构推进阶段对地层沉降的影响．得出该阶段地层沉降的规律。然后对同步构件浇注、设备安装及车辆运行荷载引起的地层沉降进行了计箅和分析。最后将计算结果与实测数据进行比较，得出规律：要注意盾尾注浆阶段注浆液的体积必须大丁盾尾空隙的体积：盾尾开脱阶段极易

2、发生沉降。必须做好同步注浆；运营阶段车辆荷载对地层沉降影响不大。关键词：盾构隧道：地层沉降：盾构推进；运营阶段中图分类号：U456文献标识码：A文章编号：1004—4655(2010)01—0048—03盾构隧道施1：技术在城市地下工程中得到越来越多的应用。盾构掘进时将不可避免地扰动地层，引起地层变形及地面沉降。地表的变形一般取决于地层和地下水条件、隧道直径、埋深、盾尾I'口J隙和盾构推力等因素【11。引起地表变形的基本原因可以归纳为开挖面土体的移动、土体挤入盾尾空隙、土体与衬砌的相互作用、改变推进方向以及受扰动土体的再固结⋯。对于大直径隧道而言．管片拼装后内部构件

3、的浇注以及有关设备的安装都会增大结构自重．加剧地层沉降：车辆运行之后亦会对结构和地层产生一定的影响．也将引起地层沉降。当地层沉降超过一定范围后．会严重危及周围建筑物的安全。因此掌握大直径隧道地层沉降规律，对工程的顺利实施以及工程建成后的维护极为重要。许多学者【"]都对盾构施工引起的地表沉降规律进行了研究．有些学者还建立了地表沉降预测模型⋯，但是对大直径软土盾构隧道的地层沉降分析还不多见．缺少实测数据检验．此外对运营阶段的地层沉降也较少讨论。本文采用有限元数值模拟方法对大直径软土盾构隧道地表沉降规律进行研究．以期对大直径软土盾构隧道亡程实施以及隧道运营维护提供参考依据

4、。1工程概况上海长江隧桥(崇明越江通道)工程位于上海东北部长江口南港、北港水域。是一项特大型交通基础设施项目。上海长江隧桥工程全长25．5km。采用“南隧北桥”方案．即以隧道形式穿越长江口南港水收稿日期：2009一12—2848域。长约8．9km；以桥梁形式跨越长江口北港水域，长约16．6km。隧道采用2台直径15．43m的泥水加气平衡盾构机由浦东向长兴岛掘进。该项目于2004年12月28日正式启动．并于2009年10月31日正式投入运营。2盾构推进阶段地层沉降分析上海长江隧道里程2475m处属于隧道竖曲线埋深最大的地方．此处隧道要承受最大的水土压力，使得隧道承受最

5、不利的外荷载。以该处为分析断面。建立二维平面应变有限元模型。土体采H3四边形等参元模拟．衬砌管片采用梁一接头元模拟．在衬砌与土层之间设置了接触面单元模拟管片壁后注浆。计算范围以盾构隧道为中心，水平方向取150m、垂直方向取70m。左右边界两侧采用水平向约束．下部采用竖向约束。上部边界取为自由边界。计算模型如图l所示。一图1计算模型简图2．1地层参数，里程2475m处地层自上至下依次为江底淤泥、灰色淤泥质黏土、灰色黏质粉土、灰色粉质黏土和灰色砂质粉土。盾构主要穿越的地层为灰色粉质黏土。计算采用的土层参数见表l。中两千盛暑柱蒋容：大直径软土盾构隧道工程地层沉降规律分析2

6、010年第1期表1计算采用的土层参数土层名称土层厚度／m弹性模量／kPa泊松比∥重度∥kN·In．3黏聚力c，kPa内摩擦角叫(。)侧压力系数‰江底淤泥2．3214000O．4017．31214．5O．55灰色淤泥质黏土14．748lO480O．4l16．8lI11．00．66灰色黏质粉土2．114128000．3818．11125．O0．40灰色粉质黏上24．05324000O．4018．O1718．5O．48灰色砂质粉土5．50022720O．4219．21224．0O．37灰色粉砂11．ooO24800O．4217．71632．OO．382．2结构参数隧道衬砌

7、外径15．0m、内径13．7m、环宽2m、壁厚650mm，采用通用楔形管片错缝拼装．混凝土强度等级C60。衬砌圆环共分10块．即标准块7块．邻接块2块和封顶块l块。环间采用38根M30mm纵向螺栓连接．块与块之间以2根M39mm环向螺栓连接。根据上述衬砌结构参数，衬砌管片弹性模、截面积和惯性矩取为E=3．6×107kN／m2，A=O．65m2。J『=O．022885m4；管片环向接头转动刚度、法向刚度和切向冈0度取后o=5×108kN·舶d，J

8、}。=3×109kNh2，后。=4×105kMn2。2．3接触面参数接触面参数随施工阶段或增量步的不同而改变．如表2所