盾构施工引起土体位移的空间计算方法
盾构掘进地层变形原因分析与施工控制
盾构掘进地层变形原因分析与施工控制关键词: 盾构; 地层变形; 掘进参数北京地铁在5号线施工中首次采用盾构法进行地铁区间隧道的掘进，下穿城市中心区域，在这些区域中有很多是老旧城区和中心商业区，对于地层变形和地面沉降的控制要求极为严格，因此很有必要对盾构掘进过程中地层变形和地面沉降的规律进行细致分析，并采取相应的施工方法与技术措施进行控制，以满足盾构施工过程中的环境要求。
1 地层变形原因分析盾构法隧道施工引起地层变形的基本原因可归纳为以下几个方面。
(1) 开挖面土体的移动: 当隧道掘进时，开挖面土体的水平支护应力可能大于或小于原始侧压力，开挖面前方土体从而会产生下沉或隆起。
(2) 建筑空隙引起的沉降: 土体挤入盾尾空隙，由于向盾尾后面隧道外围建筑空隙中压浆不及时、注浆量不足、压浆压力不适当，使盾尾后坑道周边土体失去原始三维平衡状态，引起地层损失; 盾构在曲线中掘进，或纠偏掘进过程中实际开挖断面不是圆形而是椭圆形，故引起地层损失; 盾构在土体中移动，盾壳表面粘附着一层粘土，推进时盾尾后隧道外围形成的空隙大量增加，如不相应增加注浆量，地层损失将增加。
(3) 衬砌变形和沉降: 在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起少量地层损失，当隧道衬砌沉降较大时会引起不可忽略的地层损失，衬砌渗漏也引起沉降。
(4) 受扰动土体的固结再沉降: 由于盾构掘进过程中的挤压作用和盾尾注浆作用等因素，使周围地层形成超孔隙水压区，需经过一段时间后才能消散复原。
在此过程中因地层发生排水固结变形引起地面沉降。
2 地层沉降控制方法2.1 地层状况及沿线建构筑物调查若要在施工过程中达到有效控制地层沉降的目的，首要的先决条件就是在盾构隧道掘进之前对隧道施工影响范围内的地层状况及沿线建(构)筑物进行调查，在获得相关的原始资料后，对地层条件及沿线建(构)筑物的状态进行评价分级，并结合相关规范要求，进而确定其在施工过程中为确保地层及建(构)筑物的稳定而应达到的控制标准。
盾构出土量计算公式(一)
盾构出土量计算公式(一)盾构出土量计算公式盾构出土量概述盾构出土量是指在地下隧道工程中，使用盾构机挖掘隧道时移除的土壤和岩石的总量。
计算盾构出土量是评估施工进度和工程量的重要指标。
计算公式盾构出土量的计算取决于隧道的尺寸和盾构机的挖掘效率。
以下是几种常见的盾构出土量计算公式：1. 面积法盾构出土量可以使用以下公式计算：出土量 = 断面积 × 掘进进度其中，断面积是指每个掘进断面的面积，掘进进度是指完成掘进的百分比。
例如，如果断面积为100平方米，掘进进度为80%，则出土量为100平方米× 80% = 80平方米。
2. 体积法盾构出土量可以使用以下公式计算：出土量 = 隧道长度 × 横截面积 × 掘进进度其中，隧道长度是指盾构机挖掘的总长度，横截面积是指每个掘进断面的面积，掘进进度是指完成掘进的百分比。
例如，如果隧道长度为500米，横截面积为100平方米，掘进进度为80%，则出土量为500米× 100平方米× 80% = 40,000立方米。
3. 圈数法盾构出土量可以使用以下公式计算：出土量 = 圈数 × 圈长 × 横截面积其中，圈数是指盾构机挖掘的总圈数，每个圈的长度为圈长，横截面积是指每个掘进断面的面积。
例如，如果圈数为100，圈长为10米，横截面积为100平方米，则出土量为100 × 10米× 100平方米= 100,000立方米。
示例说明假设某隧道工程的断面积为120平方米，掘进进度为70%，隧道长度为800米，横截面积为150平方米，盾构机挖掘了100个圈，每个圈的长度为12米。
根据不同的计算公式，可以得到以下盾构出土量的计算结果：1.面积法：出土量 = 120平方米× 70% = 84平方米2.体积法：出土量 = 800米× 150平方米× 70% = 84,000立方米3.圈数法：出土量= 100 × 12米× 150平方米 = 180,000立方米根据上述示例，可以看出不同的计算方法得出的盾构出土量结果是不同的。
盾构区间间距计算公式
盾构区间间距计算公式在盾构施工中，确定区间间距是非常重要的一步。
区间间距的大小直接影响到盾构施工的效率和质量。
因此，盾构区间间距的计算是盾构工程中的重要环节之一。
在进行盾构区间间距计算时，需要考虑到地质条件、盾构机的性能、施工工艺等多方面因素。
下面将介绍盾构区间间距的计算公式及其相关内容。
盾构区间间距计算公式的基本原理是根据盾构机的性能和工程要求，结合地质条件和施工工艺，确定盾构区间间距的合理数值。
盾构区间间距的计算公式一般包括以下几个方面的因素：1. 盾构机的推进速度，盾构机的推进速度是确定区间间距的重要因素之一。
盾构机的推进速度受到多方面因素的影响，如地质条件、盾构机的性能、施工工艺等。
在确定区间间距时，需要根据盾构机的推进速度来计算盾构区间间距的合理数值。
2. 地质条件，地质条件是影响盾构区间间距的重要因素之一。
不同的地质条件对盾构施工的影响是不同的，因此在确定区间间距时，需要充分考虑地质条件的影响，确定合理的区间间距数值。
3. 施工工艺，盾构施工的工艺也会影响到区间间距的确定。
不同的施工工艺对盾构区间间距的要求是不同的，因此在确定区间间距时，需要考虑到施工工艺的影响，确定合理的区间间距数值。
根据以上几个方面的因素，盾构区间间距的计算公式一般可以表示为：区间间距 = 盾构机的推进速度×推进时间。
其中，盾构机的推进速度可以根据盾构机的性能和工程要求确定，推进时间可以根据地质条件和施工工艺确定。
通过这个公式，可以比较准确地计算出盾构区间间距的合理数值。
在实际的盾构工程中，确定区间间距的计算公式是非常重要的。
合理的区间间距可以提高盾构施工的效率和质量，减少盾构施工过程中的风险和问题。
因此，在进行盾构施工前，需要进行详细的盾构区间间距的计算，确定合理的区间间距数值。
除了以上介绍的基本计算公式外，还可以根据具体的工程要求和实际情况，结合盾构机的性能和地质条件等因素，进行更为复杂的盾构区间间距的计算。
采用不同本构模型对盾构施工引起地层位移的数值模拟研究_侯伟
线， 通过采用应力洛德角将模型应用于三维应力空间 （ 见图 1 ） 。屈服面函数可表示为 f = 6 psin φ + qg（ θ） + 6 ccos φ = 0［5］。 式中： p 为平均主应力； q 为偏差应力； φ 为土的内摩 擦角； c 为土的黏聚力； g（ θ） = （ sin φ － 3 ） cos θ － 3 （ sin φ + 1 ） sin θ，其 中 cos θ = （ 2 σ1 － σ2 － 槡 sin θ = 槡 3 （ σ2 － σ3 ） / （ 2 q ） ， σ3 ） / （ 2 q ） ， σ1 ， σ2 和 σ3 为 中主应力和小主应力。 大主应力、 莫尔 － 库伦模型参数包括弹性模量 E 、 泊松比 μ、 黏聚力 c 和摩擦角 φ 。
2
体积损失控制法
1
1． 1
本构模型
莫尔 － 库伦模型 莫尔 － 库伦模型以莫尔 － 库伦强度线作为屈服
地层损失 率 是 指 单 位 距 离 内 沉 降 槽 体 积 占 隧 道开挖体积 的 百 分 比 ， 与 地 层 条 件、 隧道埋深及盾 构施工参数有关 ， 可以通过 某 区 段 沉 降 实 测 数 据 计 算得到 。 体积损失控制法是以根据地层损失率得到的单位 ［8 ］ 距离内沉降槽体积为控制指标 ， 按照一定比率可将 地面沉降槽体积分为 2 部分。一部分地面沉降槽体积 是通过释放部分应力来完成， 用于模拟管片脱出盾尾 后， 土体迅速向盾尾空隙移动、 充满盾尾空隙， 隧道壁 面土体受扰动引起的沉降 （ 它不仅与地层条件和隧道 埋深有关， 而且也与盾构施工参数有关 ） 。 另一部分 地面沉降槽体积是在安装管片结构以后来完成 ， 主要 用来模拟管片间接头拼装引起的管片刚度减小和注浆 液强度不足导致的沉降。 体积损失控制法是根据体积损失反分析得到开挖 断面整个影响区域的应力场和位移场 。体积损失法示 意如图 3 所示。
盾构机的关键参数计算方法8
盾构机的关键参数计算方法1.1.1.1盾构机总推力计算根据隧道工程条件，盾构主要参数计算按盾构在最大土压和水压位置进行计算。
根据招标文件和地质堪察报告按盾顶埋深22m，地下水位埋深按2m，盾构穿越地层按粉质粘土地层进行核定。
1、计算参数管片内径：Φ5500mm管片外径：Φ6200mm管片厚度：350mm管片宽度：1500mm覆土厚度：20m水头压力：200kPa土容重：粘土γ＝19.1kN/m3,粉土γ＝19.9kN/m3土的侧压力系数：0.5盾构机重量：331.7t盾构机盾壳长度：9.55m管片外径：Φg=6200mm盾构尾部的外径为：Φ6390mm盾体直径为：D 0＝6410mm钢与土的摩擦系数μ1＝0.3车轮与钢轨之间的摩擦系数μ2＝0.2每一先行刀的容许负荷pr＝150kN后配套系统G1＝160t最大推力F：42,000kN额定扭矩：5316 kNm脱困扭矩：6934 kNm2、盾构荷载计算松动圈土压，见图2.1.6-1。
按覆土厚度H0=22m计算,H1=1m,H2=12m.H3=9m①Pe1=（γ-10）H2+（γ-10）H3 +γ*H1=219.3kPa ②Pe2=Pe1-64.5=153.8kPa③④ ⑤⑥ ⑦ ⑧ ⑨图2.1.6-1 荷载计算简图3、盾构机总推力计算盾构的总推进力必须大于各种推进阻力的总和，否则盾构无法向前推进。
包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力（正面阻力）、由先行刀挤压阻力、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力。
1.1.1.2盾壳与土体的摩擦力(1)、盾构外围与土的摩擦力)4()(221101011w q p q p LD w Lp D F e e e e w ++++=+=πμπμkN 6.11047）331742.1481048.1533.21955.9*41.6*14.3(3.0＝=++++kPa p q e e 1045.0*208*11===λkPa Pe q e 2.1485.0*2195.0*45.6*12*)145.6*)10((2=+=+-=λγkPaL D G p g 02.62)0.8*45.6/(10*320*/0===11e e q qf =22e e q qf =kpa qf w 2101=kpa qf w 2752=(2)、盾构推进阻力（正面阻力）kNqf qf qf qf D F w e w e 1383922752108.1533.219*40881.41*14.32*42211202=+++=+++π＝(3)、由先行刀挤压产生的阻力kN n p F r 2700150*18*3=== (4)、管片与盾尾的密封阻力kN W M F S C 8.1418.92.51.55.5)5.5-6.22.6(41416.323.04=⨯⨯⨯⨯⨯⨯÷⨯⨯=⨯=MC -管件与钢板刷之间的摩擦阻力，取0.3 WS-压在盾尾内部2环管片的自重 (5)、后方台车的牵引阻力kN G F 3201600*2.0*＝125==μ 所需最大推力kN F F F F F F 4.280483208.1412700138396.1104754321max =++++=++++=安全系数5.14.28048/42000/＝max ==F F α 根据分项计算推力的安全系数达到1.5，可以满足掘进的需要。
盾构掘进主要全参数计算方式
目录1、纵坡 (2)2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (2)2.1 深埋隧道土压计算 (3)2.2 浅埋隧道的土压计算 (4)2.2.1 主动土压力与被动土压力 (4)2.2.2 主动土压力与被动土压力计算： (4)2.3 地下水压力计算 (5)2.4 案例题 (6)2.4.1 施工实例1 (6)2.4.2 施工实例2 (8)3、盾构推力计算 (10)4、盾构的扭矩计算 (10)1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离n 200J：CO100.4)00如图所示：隧道纵坡二（200-100）/500=2 %0注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0%2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋）；b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010〜0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力；f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：(T初步设定=(T水平侧向力+ (T水压力+ (T调整式中，(T初步设定—初步确定的盾构土仓土压力；(T水平侧向力一水平侧向力；(T 7水压力一地层水压力；(T调整------ 修正施工土压力。
g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中；h、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。
土压平衡盾构土仓压力变化对周围土体位移的影响
1825 年法国工程师M.A.Rrunel 发明盾构法施工，而后盾构法经历了从手掘式、挤压式、气压式土压平衡和泥水加压式的盾构。
1894 年，盾构法首次应用到地铁隧道建设中，到20世纪80 年代末，大约有32 个国家和地区的81 座城市修建了290 条地下铁道线路，总长计5000km，这些隧道基本上都是用盾构法施工完成的[1][2]。
虽然盾构施工技术经验越来越丰富，但盾构推进仍不可避免会对周围环境产生扰动，改变土体的应力状态，而土体扰动和固结必将引起土体位移，当土体位移超过一定范围时，会危及地铁结构本身以及邻近建(构)筑物、道路、桩基和地下管线等的安全与正常使用，使邻近建筑和公用设施倾斜、扭曲等，从而引起一系列环境效应问题[3][4]。
因此很有必要对盾构施工对周围环境的影响因素进行深入分析，而土仓压力就是关键因素之一。
研究盾构施工过程中土仓压力变化对周边土体的影响有很重要的意义，而数值模拟方法不失为一种好的方法[5][6]。
本文依托某地铁施工项目，运用Flac3d 数值模拟软件，分析了土仓压力的变化对土体位移的影响，得出了一些有用结论。
1 工程概况本标段全长3094 米，线路大致呈东西走向，包含181.2m 段明挖工程、871.3m 的暗挖隧道工程（其中预埋段暗挖隧道240.8m、拱形段暗挖隧道630.5m）、2026.5m 盾构隧道。
本标段沿线地层均为第四系全新统、上更新统冲洪积层和第四系全新统人工堆积层，下伏基岩为上第三系中上新统砾岩，剥蚀面埋深在隧道出口一带为30～40m，宣武门附近为70m。
浅埋暗挖隧道主要穿越的地层为：砂卵石层，向西隧道拱部进入粘土层。
盾构隧道主要穿越的地层为：圆砾、卵石土层；向西卵石粒径逐渐加大。
设计勘察实测到一层地下水，为层间潜水。
水位标高为21.36～21.71m（水位埋深为23.13～24.31）。
含水层主要为卵石⑦层、圆砾⑦1 层、卵石⑨层、圆砾⑨1 层、卵石⑾层、圆砾⑾1 层及其所夹砂层。
地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析
地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析摘要：城乡一体化进程的逐步加快导致各大城市人口激增，城市交通面临严峻挑战。
为解决城市的交通压力，地铁建设势在必行。
盾构法以其施工安全、操作便捷等优势，得到全面的推广与应用。
但此法施工会引发地层损失，严重时，则会造成地表塌陷、管线破裂、墙体裂缝等不良现象，影响周围环境。
本文以某地铁A站到B站区间隧道盾构施工为背景，对盾构掘进引发的邻近建筑物沉降进行了分析。
关键词：盾构法；隧道；建筑沉降；控制措施；数值模拟1前言隧道地铁施工的主要方法中，盾构法凭借高水平的机械化施工技术崭露头角。
其原理是利用盾构刀盘正面切削土体，使渣土顺利进入土仓，并保持土仓内外压力平衡，以减少盾构推进对土层的扰动，从而控制地表的隆陷。
盾构施工技术具有速度快，安全性高，对围岩扰动小、地表沉降易控制，可长距离掘进，不必大面积降水等优点。
由于盾构工法自身的特点，在城市轨道交通施工中作用显著。
它可以克服常规暗挖法不易克服的困难，对一些特殊地段、地层进行施工，如上软下硬、地下水丰富等地层。
但其也具有施工工艺复杂、造价高、在饱和软质地层中推进，地表沉陷风险较大等缺点。
数值模拟法主要分为有限单元法、边界元法、有限差分法、随机介质理论等。
利用数值模拟法可以方便的模拟出盾构施工过程中引起的地表变形规律以及开挖面土体的应力变化规律。
2岩土工程条件本区间地层自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土。
地面标高为38.60～39.82m。
地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水。
本区间地层第四纪沉积韵律较为明显，地层组成自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土。
地面标高为38.60～39.82m。
地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水。
隧道顶板埋深16.0m，隧道直径6.0m，左右双线隧道，间距8.4m，靠近建筑物一侧的右线隧道距离建筑物基础边线6.5m。
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盾构施工引起土体位移的空间计算方法
为解决城市日益紧张的交通问题,天津市将对原有地铁进行扩建,由于市区内施工场地及交通因素所限,许多地段无法采用明挖法施工,盾构法成为天津地铁建设中常用的施工方法。
目前,对于盾构法施工引起的土体位移分析主要采用经验方法(Peck公式[1])和有限元数值计算方法,理论研究滞后于工程实践,因此,加强对盾构法施工的理论研究显得十分迫切。
1 引起土体位移的主要因素
土压平衡盾构机是目前隧道工程中十分先进的一种施工机械,它具有施工速度快、安全程度高以及对土体扰动小等特点。
盾构施工引起的土体位移主要包括盾构前方土体的隆起和盾构推过后土体的沉降。
通过调节盾构前部密封舱内的压力值可以平衡因土体开挖而出现的侧向土压力,基本保持盾构前方土体的应力状态,所以盾构前方的土体隆起值较小。
盾构推过产生的土体沉降主要是由地层损失引起的,即隧道施工中实际开挖的土体的体积与竣工体积之差,地层损失的横断面(图1)可以通过空隙厚度g来表示:
g=U*3D ω 2Δ δ,(1)
式中,U*3D为因开挖面荷载释放使开挖面前方土体进入开挖面导致的超挖空隙厚度;ω为施工条件及操作技术影响因素;Δ为盾尾壳体的厚度;δ为安装衬砌所需的孔隙厚度。
对于g的四个组成的计算与确定,因为土压平衡盾构可以很好地控制压力舱的压力值,U*3D基本可以忽略,
而对于技术较为熟练的施工工艺,ω的影响相对较小,所以盾构切口环直径与衬砌外径之差(2Δ δ)是空隙厚度的主要组成部分。
2 镜像方法原理
镜像方法是由Sagaseta提出[3,4],可以解决线弹性半无限体内由于空隙产生的位移场的求解问题,基本分析步骤如下(图2)。
a。
忽略地面的存在,问题由半无限体转化为在无限体内的空隙问题,在原地面位置将产生正应力σ0和剪应力τ0。
b。
在无限体内与原空隙镜像位置假想一大小相等的体积膨胀,该体积膨胀将在原地面位置产生正应力-σ0和剪应力τ0。
c。
前两步在原地面位置产生的正应力相抵消,剪应力为2τ0,为符合实际自由边界条件,将产生的附加剪应力反号施加于半无限体表面。
以上三步产生的位移之和即为实际问题的位移解答。
对于无限体内半径为a的空隙(图3),与其距离为r的任一点处将产生径向位移
式中,G为剪切弹性模量。
τxz在y=y0时的分布及方向如图5,同理可知τyz 的分布与方向,为符合实际边界条件,将τxz和τyz反方向作用于地表,通过对已知的由地表水平力产生的位移的解答(Cerruti解答)进行数值积分[5],即可求得第三步的位移解答,其中竖向位移为
在x和y方向上的位移Sx及Sy也可以同样求得。
以上求得半径为a的空隙引起的任一点位移,对于单位体积的空隙产生的位移在以上基础上除以体积4πa3/3,它们均是x,y及z的函数。
3 土体位移计算
隧道推进产生的土体位移可以通过对单位体积空隙产生的土体位移解答积分得到,如图6,设隧道开挖断面中心线深度为h,自(0,0,h)点沿x轴正方向掘进,推进到(l,0,h),空隙厚度为g。
地层损失为两个长度相同,半径不同而且侧壁相连的圆柱体之间的空隙,即V=V1-V2,其中外圆柱体V1轴线深度h,半径为盾构切口半径R,长度l;内圆柱体V2轴线深度h g/2,半径为衬砌外径r(r=R-g/2),长度l。
半无限体内任一点(x,y,z)处的单位体积空隙产生的位移可以表示为x,y,z的函数,比如竖向位移sz=sz(x,y,z),则隧道掘进产生的土体竖向位移可以通过以下积分求得
U1为外圆柱体积分得到的竖向位移,U2为内圆柱体积分得到的竖向位移,土体内任一点的竖向位移是由内外两个圆柱体产生的竖向位移相减得到。
同理,其它方向的位移也可通过同样的方法得到。
4 壁后注浆
为了减小地面沉降量,在盾构推进同时进行同步注浆,在衬砌脱离盾尾时从盾尾的几个注浆孔喷射浆液以控制地面沉降量。
注浆过程可以看作是产生盾尾空隙的逆过程,对它引起土体位移的计算可以根据上节的推导进行,只是位移方向相反。
盾尾各个注浆孔的注浆压力不同,一般上面的注浆孔较大,下面注浆孔的较小或不注浆,这样实际衬砌外围的浆液并非均匀分布,而是上大下小,据此特点,本文提出注浆产生的体积膨胀与盾尾空隙的空间分布相似,也是半径不同而且侧壁相连的两个圆柱体之间的所夹体积,但是该体积膨胀并不等于实际的注浆体积,因为在
实际注浆过程中存在浆液损耗,浆液损耗体积与土体孔隙率及渗透系数、注浆压力、隧道超挖情况及输送浆液管道长度紧密相关,一般来说浆液损耗体积随土体孔隙率及渗透系数、注浆压力、隧道超挖体积和管道长度的增大而增大。
综合考虑,可以采用损耗系数来描述浆液的损耗情况。
5 工程应用及结论
天津地铁一号线工程总长26。
2km,部分路段采用盾构法施工。
工程实测段位于小白楼站至下瓦房站区间盾构施工段的端头井附近,实验中采用分层沉降仪来量测各层土体在盾构施工过程中竖向位移,采用测斜仪来量测盾构施工过程中周围土体的水平位移,同时在各测点处加设地面点以量测盾构推进过程中地表的沉降规律,仪器埋设平面布置如图7,ZX1~ZX4和FC1~FC4为分层沉降测孔,CX1~CX4为测斜仪测孔。
试验中对盾构进洞掘进的整个过程进行监测。
根据镜像方法计算原理及注浆压力影响的分析方法,编写程序对盾构推进过程中由于地层损失及同步注浆引起的土体位移进行计算,并和实际监测结果对比。
隧道轴线位于地表以下11。
85m,h=11。
85m;盾构机切口环外径6。
4m,衬砌外径6。
2m,孔隙厚度g=20cm;盾尾每沿米的实际注浆量为3m3左右,浆液损耗系数约为0。
6,每沿米有效注浆体积为1。
2m3。
本文计算了盾尾末端到达100m时土体的位移情况,得到隧道中心线上方纵向地表沉降曲线(图8),从盾尾末端前40m至后40m范围内隧道中心线上方地表沉降逐渐增大,盾尾末端上方地表沉降约15mm,其后40m
处中心线上方地表沉降约为31mm,之后地表沉降基本不变,即可认为沉降稳定。
本文取盾尾末端后50m处横断面进行计算,该断面地表及地表以下5m 处横向沉降曲线如图9和图10。
同步注浆的效果十分明显,很大程度上减少了土体的沉降值,计算得到的总体沉降曲线与实测值吻合良好。
计算得到隧道横断面沉降等值线(图11),可以发现隧道轴线上方沉降随深度增加而增大,最大沉降发生在地表以下8m左右,大约在衬砌顶部上方。
衬砌下方土体向上隆起,隆起的最大值发生在衬砌底部。
图12为距轴线6m土体水平位移计算值与实测结果对比图,各深度水平位移均以地表处水平位移为参照。
从图中可以看出计算和实测的最大水平位移发生在隧道中心线深度位置附近,大小为3cm左右,虽然计算得到的最大水平位移比实测大一些,但总体水平位移沿深度的分布趋势与实测一致。
总体来说计算结果与实测结果较吻合,说明镜像方法及对注浆过程的计算方法较符合实际情况,计算结果可靠。
土体产生位移的主要原因是地层损失,根据地层损失的空间分布规律采用镜像方法可分析计算隧道推进过程中的位移场分布。
将注浆过程看成产生盾尾空隙的逆过程且浆液的空间分布与盾尾空隙的分布相似是一种合理可行的处理方法。
本文采用三维方法对盾构施工进行分析,能分析盾构掘进过程中任意点处X,Y,Z三方向位移,若不关心盾构掘进过程的空间位移分布,则可以简化为平面应变问题,计算量可大为减小。
本文采用的空间镜像方法进一
步深化,根据线弹性本构关系还可以由位移场分布求得隧道开挖产生的附加应力分布,进行应力分析。