浅埋隧道开挖引起的地面沉降研究.pdf

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1、第47卷第13期人民长江Vol_47．No．132016年7月YangtzeRiverJuly，2016文章编号：1001—4179(2016J13—0071—05浅埋隧道开挖引起的地面沉降研究杨波(长江水利委员会总工办，湖北武汉430010)摘要：因隧道开挖导致地面过度沉降而诱发的事故时有发生，目前国内外对此类问题的计算理论尚有待进一步研究。基于沉降槽宽度系数计算方法，提出了隧道开挖引起的分层土结构地面沉降量Peck改进算法。以钱塘江隧道_T-程为例。对比分析了Peck法、Peck改进法和有限差分法等计算的地表沉降量。研究

2、表明：改进的Peck法和数值模拟结果吻合度较高，尤其当地层损失率为0．7％时，两方法计算的沉降曲线接近，且最大沉降量均约24mm；改进的Peck法计算的沉降槽最窄，其次为有限差分法，而Peck法计算的沉降槽宽度最大。关键词：地面沉降；改进的Peck法；地层损失率；沉降槽；有限差分法；隧道开挖中图法分类号：U455文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．13．016因隧道开挖导致地面沉降量过大而引起的事故时表以下某点处的应力应变值给出了弹性解，公式适用有发生，国内外学者针对隧道开挖导

3、致的地面沉降问于求解土体泊松比=0．5时地面的沉降量。Verr．题提出了很多计算方法，大致归为以下几种。ijt—Booker对Sagaseta提出的公式作出了改进，使得(1)经验公式法。基于大量的观测数据，Peck提公式能适用于估算任意土体的地面沉降。由于以出采用正态高斯曲线来模拟隧道开挖后地层横断面的上模型均采用弹性介质理论，不能考虑土体的塑性变沉降曲线，由此提出了日后应用广泛的Peck公式。形，从而使得这些方法计算的沉降量偏小，且Sagaseta之后，许多专家学者基于Peck法也提出了对各地特殊法和Verrijt—Boo

4、ker法中部分经验参数难以确定，工地层适应性和针对性更强的改进公式。Oteo在Peck程中使用不便利。基于此，黄俊等提出了基于功互换公式的基础上引入参数和i预测地面沉降，提出了定理计算土质隧道开挖引起地面沉降的弹塑性方一种半经验公式，其中参数主要根据监测数据按法。高新强等探讨了隧道工程中地下水作用在衬经验选取，其参数含义不够明确，难以准确估计。韩煊砌上的外水压力的确定方法。周萌等则基于系统等人对Peck法在我国各地区实用性分析上做了很多动力学和有限元理论模拟了路基余弦不均匀沉降对板工作，提出了针对北京上海广州地区的建议参数，

5、式轨道结构动力响应的影响¨。李永敬探讨了地铁但由于国内城市地铁施工起步较晚，相关的地层实测施工中对既有建筑物变形影响的施工期沉降控制标资料还比较缺乏，其余大中城市的经验参数还有待深准。入研究。不管上述何种地面沉降量计算方法，均存在一个(2)理论解析法。2O世纪5O年代波兰学者J．共性，即只能计算隧道开挖引起的单一均质土层分布Litwiniszyzn提出视岩土体为“随机介质”，将不同岩土情况下的地面沉降问题，若地层结构复杂，则需要进行单元的位移叠加后得到隧道开挖后地表的沉降量。等效处理后才能计算地面沉降量，由此导致计算结果阳军

6、生、刘宝琛等研究了不同隧道施工方法引起的地准确性较低；上述原理需要确定的参数较多，且部分参表位移。Sagaseta将土体简化成弹性介质，对近地数无法确定，完全凭经验取值；再者，以上方法不能考收稿日期：2016—02—17作者简介：杨’波，男，高级工程师，博士，主要从事水利工程技术管理工作。E—mail：68417774@qq．tom72人民长江虑隧道衬砌结构的加固效果。随着数值仿真技术的发5i的前提下，提出了适用于各类土的沉降槽宽度系展，基于更真实的岩土体本构关系且能反映施工过程数，并考虑了分层土对沉降槽宽度系数的综合影响。

7、的数值模拟技术，逐渐被用于计算隧道开挖引起的地本文推荐用该方法计算沉降槽宽度系数i。面沉降量。本论文以钱塘江隧道为例，着重对比研究表1沉降槽宽度系数i的算法汇总不同方法在计算地面沉降量方面的优缺点，以便今后为类似问题的解决提供借鉴与指导。1Peck法基本原理目前分析盾构隧道引起周边地层沉降时，通常首选Peck经验公式。Peck公式认为施工引起的地面沉降在不排水的情况下发生，故沉降槽体积等于地层损失的体积，而地层损失主要是由隧道开挖过程中盾构机盾尾的空隙引起的土体损失(图1)。注：为土体内摩擦角加权平均值；K为侧压力系数，其他

8、参数同上。2Peck法的改进如上所述，Sagaseta法和V—B法中包含有多个难以确定的参数，工程中Peck法被大家所接受并广泛使用。但以上方法均只能计算单一地层的沉降量，与绝大多数工程中多地层分布的实际情况不吻合，故需提出新的理论方法或对已有方法进行改进，以便更准确计算浅埋隧道开挖引起的