曲线隧道盾构引起地表沉降分析
解析地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降
是 要想判断盾构掘 进对地层 影响程度 ，非常重要 的
通 过调查发现 ，隧道上覆地层 有着很 多的地质种类 ，
比如人工填土层 、淤泥及淤泥质土层 、残积土层 以及岩石全 风化带等等，通过一段时期 的观测我们可 以得出这些 内容：
个 关键就在于地层 条件 ，如 果地层有着 良好的 自稳性 ， 为例 ，在 中风化地层 中，地表 的最大沉降为４ ． ５ ｍ ｍ ，距离 隧
地层 时，虽然采用 的开发模式是 土压平衡模式 ，对 于沉 降 可 以进 行一定程度 的控 制 ，但 是依然有着很 大的沉降值 ，
均值会达￣ Ｊ ｌ ｌ ６ ｍ ｍ 左右 ，最大 的时候会达到５ Ｏ 姗。 二是 要想控制沉 降 ，非常重 要的一个关键 就是 即时注 浆 参数 的调整 ， 比如 ，在 中风化地层 中，如果 即时注 浆填 充率在 １ 以 内，那 么地表 沉降在 ｌ Ｏ ｍ ｍ 左右 ，最大值在 ２ ２ ｍ ｍ 左右 ；当 即时注浆参 数达 到了 １ ． ２ 左右 ，就会 降低地表 沉 降，其数值一般在５ ｍ ｍ 以内。在强风化地层 以及全风化地层 中，如果注浆填充率在１ ． ２ 以内，那么地表沉 降值就在２ ５ ｍ ｍ
５ ｍ ｍ 左右，也就是说控制了地表 沉降。 三 是要想控制 地层损失 ，减 小地层变位 ，非常有 效的 方 法 就是对 盾 构 掘进参 数 进行 修正 ，建立 有效 的土 压 平
断面布 设于左右线 的地面环境 中，要选择合适 的位 置，两
个横断面之间 的距离一般保持在３ Ｏ ｍ 左右 ，对盾构机掘进所 导致 的沉降坡度 以及 其他 的影 响等进行观测和 调查 。还 需 要将 水位孔合理地布 设于隧道 的两 侧 ，这是 为了对地下水 位 的变化进行 了解 。
盾构隧道开挖过程中地表沉降及对周围建筑物的影响
盾构隧道开挖过程中地表沉降及对周围建筑物的影响盾构法是一种常见的地下隧道开挖方法，其具有快速、安全、环保等优点，因此在现代城市建设中得到广泛应用。
然而，隧道开挖过程中地表沉降是一个不可避免的问题，特别是对周围建筑物可能会产生一定的影响。
本文就盾构隧道开挖过程中地表沉降及其对周围建筑物的影响进行探讨。
首先，盾构隧道开挖过程中地表沉降是由于地下土体的移动引起的。
盾构机在进行开挖作业时，通过推进装置将土层推向后方，形成一定规模的开挖土洞。
这种土洞会导致地下土体的松动和沉降，进而引起地表的沉降。
随着隧道的推进，这种沉降作用会沿着盾构机的行进方向逐渐向外扩散。
其次，盾构隧道开挖过程中地表沉降对周围建筑物会产生一定的影响。
这种影响主要体现在以下几个方面：1. 建筑物的沉降：地表沉降会使周围建筑物沿着地表下降，对建筑物的结构和稳定性产生一定的影响。
较大的沉降量可能导致建筑物出现裂缝或倾斜等问题，甚至引发建筑物的损坏。
2. 地下管线受损：盾构隧道开挖过程中，地下管线遭受到地表沉降的影响，可能会发生移位、断裂等问题，导致供水、供气、排水等基础设施的中断和故障。
3. 地铁、地下车库等地下工程的运营安全：如果盾构隧道开挖过程中的地表沉降对周围地下工程的稳定性产生较大影响，可能会对地铁、地下车库等地下工程的运营安全带来潜在威胁。
为了降低盾构隧道开挖过程中地表沉降及其对周围建筑物的影响，可以采取以下措施：1. 加强监测预警：通过对盾构施工过程中的地表沉降进行实时监测，及时发现沉降异常，并采取相应的补救措施，以降低对周围建筑物的不良影响。
2. 合理施工工艺：在盾构隧道开挖过程中，采取合理的施工工艺，控制土体的松动和沉降，减小地表沉降量。
3. 采用土压平衡盾构机：土压平衡盾构机是一种专用于软土地质的盾构设备，其可通过施加适当的土压力来平衡地下土体的移动。
采用这种盾构机进行施工可以有效控制地表沉降。
4. 合理设计隧道轴线和深埋深度：在隧道的设计阶段，需要充分考虑到周边建筑物的情况，合理选择隧道的轴线和深埋深度，尽量减小地表沉降对周围建筑物的影响。
盾构施工引起的地表沉降问题
随着我国经济的发展 ． 城 市现代化建设将迅猛发展 ． 地 上 空 间紧张 ． 人１ ： ３ 膨胀 、 交 通 阻 塞 等 城 市 问题 日益 严 重 ． 这 就 严 重 阻 碍 了城 市 的发 展 地 铁 快 速 客运 系 统 能 够 极 大 的 缓 解 了市 区地 面交通阻塞状况 ． 对 改 善 城 市交 通 发 挥 着 重 大作 用 。随 着 上 海 多 条 越 黄 浦 江 隧道 、 越 珠 江 狮 子 洋 高 速 铁 路 隧道 ． 南 水 北 调 工 程 等 大 批 世 界 级 盾 构 隧道 的开 工 建 设 ．我 国 已成 为 世 界 上 盾 构 隧 道工程总量最多 、 规模最大 、 发 展 最 快 的 国 家 。今 后 ， 盾 构 隧 道 还 有 相 当大 的发 展 空 间 地 表沉 降的 危 害 虽 然 盾 构 施 工 对 环 境 影 响 小 ：施 工 不 受 地 表 环 境 条 件 的 限 制： 地 表 占地 面 积小 ， 征地费用少 ： 施 工 受 天 气 状 况 和 气 候 条 件 影 响小 ；使 用 范 围广 优 点 但 盾 构 法 隧 道 的施 工 引起 地 层 的 扰 动． 引 起 周 围土 体 应 力 和 应 变 状 态 的改 变 ， 从 而 引 起 地 层 变 形 和 地 面沉 降 。当 地层 变形 超 过 一 定 范 围 时 ， 就 会 严 重 危及 临近 建 筑 物、 道 路 和 地 下 管 网 的安 全 。所 以 在设 计 施 工 阶 段 ， 有 必 要 预 测 隧道 施 工 引 起 的 地 层 变 形 ． 保 护 现 有周 围 建 筑 物 ． 这 需 要 深 入 研 究 盾 构 法 隧 道 施 工 对 土 体 的扰 动 机 理 以及 产 生 的地 层 变 形 ． 从 而 采 取相 应 的措 施 减 小 变 形 ． 降 低 对 周 围 环境 的影 响 二 地表沉降的原因 盾 构 推 进 引 起 的 地 层 损 失 和 盾 构 隧 道 受 扰 动 或 受 剪 切 破 坏 的 重 塑 土 的再 同结 ． 是地 面沉 降 的 基 本 原 因 主 要 表 现 在 以下 几
盾构始发段地面沉降过大原因分析
盾构始发段地面沉降过大原因分析一工程描述1.1工程状况本条隧道采用膨润土+泡沫的方式进行渣土改良，膨润土先经过12h的发酵；采用同步注浆+二次补浆的方式充填管片与土体之间的空隙（必要时地表引孔注浆），注浆浆液初凝时间为6h左右。
盾构始发掘进的前20～30环，盾构通过后，发生地表出现较大沉降、地表混凝土路面开裂、周边砖砌围墙开裂及倾斜的现象。
1.2 地质情况1.2.1工程地质条件根据钻探资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代，成因类型，将本工程沿线勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、新近沉积层（Q42+3al+pl）、第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）四大层。
左线盾构始发段地质纵断面图如图5图5区间左线始发段地质纵断面图始发段区间主要穿越地层③-3粉细砂、④粉质粘土、④-4中粗砂、⑤-1中粗砂。
穿越地层描述如表4，各地层的物理力学参数如表5。
表4 穿越地层岩性特征一览表表5 穿越地层岩土物理力学参数表1.2.2水文条件区间左线土压平衡盾构始发段处于降水区域。
降水井平面布置图如图6。
图6 盾构井端头降水井平面布置图为保证无水始发，车站端头处降水井持续降水至始发段掘进施工完毕结束。
降水井编号为22～27,30～33,59～61（有个别降水井因端头加固废除，59～61为始发前新增降水井）。
降水井水位降至盾构井底板以下约1m位置。
降水井水位标高如表6表6 降水井水位标高表二盾构机械情况及施工参数2.1 机械情况1）区间左线盾构采用三一重工生产的土压平衡式盾构机。
始发时，盾构机各系统未能完全调试合格，存在各种问题。
加之盾构施工过程中出现的各种故障，盾构机不具备正常有序施工的条件。
例如：电力系统跳闸，膨润土管路堵塞，泡沫系统不能有效控制空气流量、泡沫发泡效果不能保证，注浆系统故障（注浆泵、注浆管路堵塞）、拼装机故障、油脂泵故障等；2）左线盾构始发阶段，盾构施工配套45t、16t龙门吊各一台，满编组电瓶车一列，搅拌站一座。
地铁隧道盾构法施工引起地表沉降分析论文
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着我国地铁建设的不断发展，在地下工程施工中人们越来越重视盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物的影响,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估。
本文论述了peck横向沉降槽经验公式，并与相关工程相结合深入探讨了盾构掘进法施工隧道对地表沉降影响，并提出相关建议。
关键词：盾构法施工、地表沉降、分析中图分类号：tf351文献标识码： a 文章编号：一、前言现阶段，盾构法施工已成为国内城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。
和其他施工方法一样，由盾构法施工导致的地表沉降及对周围环境产的影响是盾构法施工的一个重要问题。
目前国内外专家学者对隧道施工引起地表沉降的预测方法主要有：经验公式法、模型试验法、数值分析法、理论预测法等。
在实际工程中主要是以建立在实测数据基础上的经验公式法为主，但是这种方法大都局限于预测地表面处的位移，在指导施工中具有很大的局限性。
而数值模拟法能动态反应盾构推进过程中土层中各点变形随时间的变化情况，而且可以对影响地表的许多因素进行直观的分析。
二、peck横向沉降槽经验公式沉降计算中最经典、常用的公式是peck公式。
peck认为,不排水情况下隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积；地层损失在整个隧道长度上均匀分布,隧道施工产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线(如下图1)。
横向地表沉降的预估公式以及最大沉降量的计算公式为：式中:s(x)为距隧道中心轴线为x处的地面沉降,m； i 为地表沉降槽宽度,即曲率反弯点与中心的距离,m；smax为隧道轴线上方地表最大沉降量,m；vl为盾构隧道单位长度的地层损失量,m3/ m。
图 1地表横向沉降分布曲线反弯点i处的沉降量s≈0.61smax,最大曲率半径点的沉降量s ≈0.22smax。
沉陷槽断面积a≈。
想要预测地面沉降量,必须先估计出地层损失量。
在工程实践中,地层损失量与盾构种类、操作方法、地层条件、地面环境、施工管理等因素有关,一般难以正确估计。
盾构地面塌陷
一、盾构引起地层沉降的原理
（1）开挖面土体的移动。
盾构掘进时候，开挖面土体的松动和崩塌，破坏了原来地层应力平衡状态，导致地层沉降和隆起。
（2）盾构法施工过程中盾构后退。
致使开挖面塌落和松动引起地层损失产生地表沉降，采用降水疏干措施时，土体应力增加，再次引起土体固结变形。
（3）土体挤入盾尾空隙。
主要原因是因压浆不当，使盾尾后部隧道周边土体向盾尾坍塌，产生地层损失，引起地层沉降。
（4）盾构推进方向的改变、盾尾纠偏、仰头推进、曲线推进都会使实际开挖面形状偏大于设计开挖面而引起地层损失。
（5）盾壳移动与地层间的摩擦和剪切作用，引起地层损失。
（6）土体受施工扰动的固结作用，其中，次固结沉降往往要持续几年，在软土中它所占沉降量的比例高达35%。
（7）随着盾构推进的而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙而又未能及时注浆。
（8）在水、土压力的作用下隧道衬砌产生变形，会引起小量的地层损失，从而导致地层沉降。
二、土仓压力的设定
土仓压力设置为静止土压力偏大设置，或者按被动土压力控制。
会对盾构掘进速度以及盾构机的使用消耗有影响。
三、注浆
根据地层的灵敏度，加强注浆的管理，或者提供二次注浆，采用压力控制，住不进为止。
四、设备本身的问题
是不是盾尾尾刷有问题，压力保不住？或者掌子面的土体改良泡沫效果不好，没有形成掌子面的泥膜稳定状态。
五、推进过程中问题
南昌小半径曲线太多了，塌落地面是不是都位于缓和曲线上，或者就是位于圆曲线上，盾构纠偏太多，左右摇摆。
1。
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着社会的快速发展，地铁在城市中的作用越来越大。
本文简要叙述了地铁隧道盾构法施工而引起的地表沉降的原因，根据土质的不同，采取不同的掘进方法，努力确保地铁隧道的施工质量，为城市地铁隧道施工企业提供参考。
关键词：地铁隧道、盾构法、地表沉降一、前言随着经济社会的不断进步，地铁已经逐渐成为发达城市的重要交通要到，在一定程度上缓解了交通压力。
在城市地铁建设中，最常用的方法是盾构法施工。
盾构法施工的优点的能够不间断的进行掘进，而且掘进进度比较稳定，能够在软弱土层进行施工。
但是由于盾构法施工过程中，刀盘与盾体、盾体与管片存在间隙，在同步注浆无法及时跟上的情况下，容易造成地表沉降。
因此，在地铁建设中必须要加强对沉降的观测，并加以控制。
在为城市地铁隧道进行盾构施工时，由于施工环境能很大程度上避免施工影响，因此要严格控制地表沉降，保证施工质量。
二、地表沉降的原因分析地表沉降在城市地铁隧道盾构法施工中是很常见的。
依据对之前盾构法施工的隧道分析，发现引起沉降的原因主要有：1、降水引起的沉降盾构进出洞或换刀过程中需要进行降水，在运用盾构法施工的过程中经常会出现堵水、排水现象，降水后会因为吸排水的速度形成曲面水位，使降水处的含水层中土有效力增加，从而发生沉降。
2、地层应力引起的沉降在隧道进行盾构法施工掘进时，通常会造成土体松动甚至坍塌，使周围的土壤结构发生变化和地层原始应力的改变。
盾构法施工中，在弯道及水平进行纠偏时，容易照成周围的土层因挤压而破坏，使土层平衡状态受到破坏，引起地表沉降。
3、在不稳定的土层中施工时，盾构机与管片间隙必须及时注浆填充，并且能够确保压浆材料的性能和充填量满足设计要求，否则地表将发生沉降。
在施工过程中，由于种种限制，可能会发生超挖现象。
致使盾尾后建筑空隙不规则扩大，不能确定空隙面积，不及时对空隙进行处理，则很容易造成地表沉降。
三、掘进控制技术盾构法施工的重要工序之一就是掘进。
盾构曲线段施工地表沉降监测与变形规律
［ ２ ］刘建航 ， 候 学渊． 盾构 法隧道 ［ Ｍ］ ． 北 京： 中国铁道 出版
社 ． １ ９ ９ １ ．
黪 萝 ／
［ ３ ］王 梦 恕 ． 中 国 隧道 及 地 下 工程 修 建 技 术 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 人 民
交通 出版 社 ， ２ ０ ｌ ０．
图 ７ 最 终 变形 值 统 计
ｌ ０％ ～ １ ５％ 。
产生土体坍塌 ， 在 注浆 不充 分 、 填充 率 不足 的情况下 ，
容易形成地 下空 洞 ＿ ９ ＿ ， 在 沉降 稳定 期 间 ， 空 洞坍 塌会
一 一 ＋ 一十 一 ＋ 产生较大 的沉降变形。 咐 ３ ． １ ． ２ 沉 降变 形时程 曲线
３ ７ ８ ９ ０ ４
稳定。注浆施 工 产生超 孔 隙水压 力 ， 随 同步 注浆 压力 逐渐减小至停止注浆 ， 超孔隙水压力 逐步 消散 ， 周边 土
构 机调整 姿态 的过程 中 ， 对地 基扰动较大 ， 特 别是对盾
构机上方 土体 。同时 ， 盾构 曲线施 工 不可避 免地 存在
～
定 的超挖情况 ， 且盾 构 机 中下 部位 于 中粗 砂层 与细
由图 ６ （ ｂ ） 可 见， Ｒ ＝３ ５ ４ ｍ 曲 线 段 盾 构 中 线 及
外侧 土体稳 定 沉 降 阶段 的 沉 降 变形 较 大 ， 通 过 进行 二次注浆填 补未 充分填 充 的部分 后 ， 后 期 沉 降 较
平稳 。
监测 日期
（ ａ ） Ｒ ＝ ３ ５ ０ｍ
０ ９ ・ ２ ７ ０ ９ － ２ ９ １ ０ － Ｏ ｌ １ ０－ ０ ３ １ ０ － ０ ５ ｉ ｏ － ｏ ７ １ ０ － ０ ９ １ ０ ・ １ １ １ ｏ－ １ ３ １ ０ － １ ５ １ ０ － １ ７
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第3卷 第5期 地下空间与工程学报Vol.3 2007年10月 Chinese Journal of Undergr ound Space and Engineering Oct.2007 曲线隧道盾构引起地表沉降分析3周诗俊,王金安(北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083)摘 要:以某市地铁工程双曲线隧道区间为研究背景,建立了三维有限差分数值模型。
通过数值分析得出盾构引起地表沉降的范围、地层水平移动规律以及双线隧道之间的相互影响。
曲线隧道施工不仅在地表内侧引起的沉降范围较大,还影响了隧道周围土体的水平移动趋势。
随着曲线半径的减小,隧道两侧沉降范围的差别逐渐增大,外侧土体的水平移动趋势向内侧扩展;随着隧道埋深的增加,沉降范围也逐渐增大,沉降值却不断减小。
关键词:盾构;沉降;曲线隧道;曲线半径;埋深中图分类号:U455.43;T U433 文献标识码:A 文章编号:167320836(2007)0520909205The Surface Settlem en t Ana lysis of Curved Tunnel Sh i eldZ HOU Shi-jun,WANG J in-an(C ivil and Environm ental Engineering School,B eijing U niversity of Science and Technology,B eijing100083,China)Abstract:Based on a sub way p r oject with a double curved tunnel secti on in s ome city,a three-di m ensi onal fi2 nite difference model is established t o carry out nu merical si m ulati on.W ith the si m ulati on results,the range of the gr ound surface settle ment,la ws of the strata horizontal dis p lacement and the interacti on of double tunnels by shield excavati on are analyzed.The range of inside surface settlement is great in the curved tunnels constructi on and the changes of the s oil horizontal dis p lace ment take p lace ar ound the tunnel.The difference of both-side settle ment range increases and the outside s oil horizontal dis p lace ment trend extends t o the inside with the reducti on of curve ra2 dius.The surface settle ment range increases with the additi on of tunnel buried dep th but the settle ment decreases.Keywords:shield;settle ment;curved tunnels;curve radius;buried dep th1 引言近年来,盾构法因其建设速度快、施工安全、对地面建筑、交通和地下管线干扰小的的优势日益成为我国城市地铁隧道建设的重要施工方法,我国许多大城市竞相发展各自的轨道运输系统。
北京、上海、广州等城市已有多条线路投入营运,并取得了良好的社会效益和经济效益,南京、深圳、青岛、沈阳等城市的地铁也正在建设或规划中。
在采用盾构法施工时,在隧道上面的地表均会产生变形,而且在软弱含水地层或其它不稳定地层中变形尤为显着。
地表变形的程度与隧道的直径、埋深、土质、施工方法、衬砌壁后注浆等因素有密切的关系。
目前,国内外对盾构法施工所引起的地表沉降的研究[1～5]较多,大多数集中在直线隧道施工引起的地表沉降。
本文主要结合我国某市地铁隧道工程中含双曲线隧道区间段的实际工程背景,运用F LAC3D[6]软件对这一段曲线隧道工程进行三维有限差分数值模拟,对双曲线隧道开挖引起的沉降、双线隧道之间的相互影响以及曲线隧道设计半径和隧道埋深对沉降的影响进行了分析。
3收稿日期:2006212221(修改稿)作者简介:周诗俊(19812),男,湖南常德人,北京科技大学在读硕士研究生,主要从事岩土工程、工程力学等领域的研究。
E2mail:boy_zsj@s 2 工程概况2.1 工程背景某城市地铁一号线是该市快速轨道交通线网规划中一号线的城区段,在该区段上有一段隧道区间位处市内中心区,地表建筑物、道路和工厂等分布密集,施工方式采用双线盾构同向进行。
在该区间段内,隧道设计路线除了要穿越较多地表建筑物外,还要转一个半径为300m、角度约为90(的曲线段。
2.2 地质条件该城市位处我国东北地区南部,地铁隧道所在区间建筑场地地形较平坦,地面标高介于42.04m ～45.59m之间,西部低东部高,地表相对高差3.54 m。
场地所处地貌单元为浑河冲洪积扇,微地貌单元类型属第四纪浑河新扇。
地铁沿线地层较简单,表层第四系地层广泛发育,厚度较大,主要由杂填土、粘性土、细砂、中-粗砂、砾砂、圆砾、卵石等组成,由东向西厚度逐渐增大,颗粒逐渐变细,基底为第三纪砂砾岩。
3 数值模拟研究3.1 基本假设(1)设施工区间内土层从上至下均匀分布,双线隧道的纵向中心线分布在同一水平面上;(2)不考虑隧道衬砌间接缝对沉降的影响,将衬砌视为一个均质的圆环体;(3)计算中盾构推进的时间通过计算时步进行控制;(4)整个模型采用摩尔-库仑(Mohr-Cou2 l omb)准则来判断土体、衬砌的破坏。
Mohr-Cou2 l omb准则包括强度准则(剪切屈服函数)以及拉破坏准则(拉屈服函数)。
3.2 材料计算参数根据研究区域现场的地质勘察资料和物理力学实验结果,确定计算模型的基本参数(见表1)。
此外,模拟计算还涉及隧道盾构施工所采用的一些材料,如预注浆液(见表2)、衬砌管片(见表3)等。
表1 岩土力学参数Table1Rock and so il m echan i ca l param eters岩土名称天然密度ρ(kg/m3)弹性模Ed(MPa)粘聚力C(kPa)内摩擦角(°)泊松比μ抗拉强度σ(M Pa)人工填筑层20206.42519.30.20.08粉质粘土17705.517.816.90.300.065中、粗砂173015.2414340.230.13砾 砂195032.714.639.70.220.24粉质粘土19506.713.524.20.280.09圆 砾2100455.527.60.200.23表2 注浆区岩土力学参数表Table2Rock and so il m echan i ca l param eters of grouted area岩土层密度(kg/m3)弹性模量(MPa)剪切模量(MPa)粘聚力(MPa)抗拉强度(MPa)内摩擦角(°)注浆区岩土层220080010001000.5739表3 钢筋混凝土管片力学参数表Table3 M echan i ca l param eters of re i n forced concrete构件密度(kg/m3)弹性模量(MPa)泊松比体积模量(MPa)剪切模量(MPa) C50钢筋砼管片24003.45×1040.1671.74×1041.47×1043.3 模型的建立根据地铁(双线)隧道要经过区域的地质条件、施工环境及线路特征等因素,建立了“L”形的三维模型。
最长边为1133m×413m×58m,两地铁隧道中心间距13m,上覆土层厚度为18m,双线隧道中隧道长度包括前缓60m、弯形部分(半径为019地下空间与工程学报 第3卷300m 、角度为90°)和直线部分780m (包括后缓),隧道外径为6m ,衬砌厚0.3m ,隧道周围4m 范围内注浆。
模型中均采用八节点六面体单元,为了在优化网格的同时还能满足计算精度的要求,将地铁隧道及其周边部分的单元进行加密分布,总体模型的单元总数为110256,节点总数为113819,计算总体模型如图1所示,隧道断面及监测点布置见图2。
图1 整体模型示意图Fig.1 Model of the whole tunnel图2 双曲线隧道断面及监测点布置图Fig .2 Double cured tunnels p r ofile andins pecti on points distributi on3.4 计算模拟过程依据隧道盾构的施工过程及特点计算模拟步骤如下:(1)计算在给定边界力学与位移条件下模型的初始状态;(2)按照实际工程步骤(预注浆—开挖—铺设衬砌—循环施工)进行施工模拟:左线(外)隧道先行施工,掘进60m 后,右线(内)隧道再开始施工,然后两条隧道同时开挖,直至工程完毕;(3)计算完成后,对计算结果的应力场、位移场和破坏场等进行分析(本文主要对双曲线隧道的沉降进行重点分析),提出合理的解释说明。
4 计算沉降分析在地下土层中进行盾构时,由于盾构施工产生的地层损失、对隧道周围土体的扰动、注浆及铺设衬砌等因素,会引起地层的移动而导致地面沉降。
图3给出了双曲线隧道在盾构通过后地表横向的沉降分布。
从图中可以看出最大沉降量约为5mm ,两侧的影响范围约为60m ,在隧道内侧的沉降范围略大于外侧。
图3 地表横向沉降曲线Fig.3 Horizontal surface settle ment图4 地层水平移动曲线Fig .4 Strata horizontal dis p lacement图4是双曲线隧道竖向中心线及在两侧距中心线25m 处各地层沿水平移动的分布曲线。
隧道上方的土体因地层损失产生沉降并引起隧道两侧的土体向(双线)隧道中心水平移动。
隧道下方的土体也因沉降对两边的土体产生压力造成土体向外的水平移动。
如果是双直线隧道,应以隧道断面竖向中心线为对称线,在对称线上的土体不应该产生任何方向上水平位移。
但由于双线隧道是曲线的,受线形影响,从图4中可以看出,双线隧道竖向中心线地表处产生了向内侧的水平移动,下部的土体产生了向外的移动(约为0.2mm ),而且在双线隧道内、外侧等距处(距对称中心线25m )土体的水平移动分布看外侧的水平移动趋势要大于内侧。