隧道开挖引起的路面沉降预测及数值分析
隧道开挖中地表沉降特性的数值模拟与分析
隧道开挖中地表沉降特性的数值模拟与分析隧道开挖是一个涉及到土力学、结构力学、地质学等多个学科领域的复杂综合问题。
在隧道开挖工程中，地表沉降是一个非常重要的问题，因为它可能会对周边建筑物、地下管线和地下水系统等造成损害。
因此，准确地预测和控制地表沉降是隧道工程设计和施工过程中的关键问题之一。
地表沉降的数值模拟方法可以用于对隧道开挖工程的地下隧道和土壤变形行为进行分析和预测。
这种方法可以通过对隧道开挖前后地表沉降、管线沉降、地面下沉等影响因素的分析，来优化工程设计和控制地表沉降的程度。
下面我们将介绍地表沉降的数值模拟方法和分析过程：一、隧道开挖前地表沉降模拟隧道开挖前地表沉降模拟是预测隧道开挖前地表沉降的一种方法。
这种方法主要是通过数值模拟和分析来预测隧道开挖工程中可能出现的地表沉降情况。
一般采用有限元法等方法进行模拟分析。
有限元法为工程师提供了一个可靠的方法，可以用于对土层和隧道的可试验实验进行模拟。
这个方法可以测量出隧道开挖前和开挖后时所产生的地表沉降程度。
二、隧道开挖后地表沉降模拟隧道开挖后地表沉降模拟是预测隧道开挖后地表沉降的一种方法。
隧道开挖后地表沉降是真实的地表沉降情况，可以通过现场监测来验证数值模拟的准确性。
这个方法可以通过将隧道结构的限制条件放在有限元模型中，来分析隧道开挖后地表的沉降情况。
它还可以将涉及到隧道开挖后地下区域变形的复杂因素，例如土层刚度变化、孔隙水压变化等纳入计算。
这种方法可以用来估计和评价隧道开挖后地表沉降的程度和对周围环境的影响。
三、隧道开挖过程中的地表沉降模拟隧道开挖过程中的地表沉降模拟是用来预测隧道开挖过程中期间地表沉降的一种方法。
这种方法主要关注地下隧道的开挖过程，并结合地表的沉降情况，来分析和预测隧道开挖后地表沉降的趋势。
这个方法可以用来优化设计和控制隧道开挖过程中的地表沉降程度。
总之，隧道开挖中地表沉降特性的数值模拟与分析是一种非常重要的方法，可以帮助工程师预测和控制隧道工程中的地表沉降问题。
软土地区盾构隧道开挖引起地表沉降规律分析
软土地区盾构隧道开挖引起地表沉降规律分析摘要：基于现场实测数据分析，研究绍兴地铁某区间双线盾构隧道左、右线分别掘进情况下，柯华路站～笛扬路站区间的地表沉降规律。
结果表明:无论是先掘进的隧道还是后掘进的隧道，其地表沉降都可以分为4个阶段，其中初期土体扰动导致的沉降约占总沉降量的60%；土体的横截面地表沉降呈现以隧道轴线为中心的漏斗形分布，随盾构推进地表沉降逐渐增加，最大沉降发生在隧道轴线上方；双线隧道施工过程中，后行隧道受先行隧道影响较大，在双线盾构施工过程中应及时调整先行隧道注浆参数。
关键词：地铁，施工监测，地表沉降，盾构隧道引言随着城市化进程的加速发展，地面资源愈发紧张，为缓解交通运输拥堵的问题，地铁在城市发展的过程中扮演着重要角色。
地铁具有客运量大、运输速率快、运行稳定、对地面交通影响较小等优点，但同时具有造价高昂、易导致地表沉降等缺点。
地铁施工时不但要保证施工安全，还要保证管线及地表建筑物的正常使用，当地面沉降超过一定限度时，就会危及周围邻近建筑物和地下管线的安全，引发一系列岩土环境工程问题，因此及时的监测起到了至关重要的作用，通过分析监测数据不仅可以及时了解工程状况，还可预测并控制风险，以便拟定有效保护措施，并对其实施效果进行跟踪监督，但深基坑受环境影响是一个区域性很强的工程，故而监测预警值在不同地区往往差别较大[1-4]。
因此对深基坑开挖过程进行实时监控并分析监测数据是必不可少的，同时，将分析结论反馈于工程开挖，以便采取有效控制措施保障深基坑开挖工程安全顺利的进行[5]。
以往有学者对基坑监测数据进行了分析并提出了诸多有价值的建议。
刘念武等[6]提出了软土地区基坑开挖引起的建筑物与地表沉降的空间效应。
徐杨青等[7]提出了预测预警系统来进行数据监测分析。
本文参照了以往学者对基坑数据分析的研究，对软土地区盾构隧道开挖引起的地表沉降规律进行了分析研究，希望能为软土地区的基坑开挖监测提供一定经验。
地铁隧道施工中的地面沉降影响分析与控制
地铁隧道施工中的地面沉降影响分析与控制地铁隧道施工是现代城市建设中一项重要而复杂的工程。
隧道施工过程中的地面沉降问题一直备受关注，因为地面沉降对于城市的稳定性、安全性以及地下管道等基础设施的影响不容忽视。
本文将从地面沉降的影响机理、分析方法以及控制措施等方面进行探讨。
地面沉降的影响机理主要与隧道开挖所引起的土体变形有关。
隧道开挖会导致地下土体的应力重分布，造成土体的加固、排水能力下降，从而导致地面沉降。
此外，施工期间的振动、地下水位变化等因素也会对地面沉降产生影响。
为了全面评估地面沉降的影响，需要进行综合性的地质勘探及隧道工程参数的测量和分析。
分析地面沉降的影响，需要从建筑物、地下管线及地表设施等方面进行综合考虑。
首先，对于地铁沿线的建筑物而言，地面沉降可能会导致其结构的破坏，特别是老旧建筑物更容易受到影响。
因此，在施工前需要对沿线建筑物进行详细的结构安全评估，以确定其是否需要进行加固或者拆除重建。
其次，地下管线也是受地面沉降影响的重要对象。
地铁隧道施工可能会对地下管线造成挤压、位移等影响，从而影响管线的正常运行。
为了保证地下管线的安全运行，我们需要在施工前进行管道的定位、检测以及加固，以降低地面沉降对其的影响。
另外，地面沉降还可能对地表设施造成影响，如道路、桥梁等。
沉降导致的地表变形可能破坏道路的平整性，影响交通的通行。
因此，在施工前需要进行道路的检测和评估，并采取适当的措施来保证道路的安全和顺畅。
为了控制地面沉降的影响，在隧道施工过程中，我们可以采取多种技术措施。
首先，合理选择施工方法和工艺，以减小地面沉降的发生。
例如，可以采用盾构机等地铁隧道施工专用设备进行施工，减少地面开挖量和振动。
其次，需要加强监测和测量工作，对地面沉降进行实时的监控和分析。
通过监测数据的收集与分析，可以及时发现地面沉降的异常情况，并采取相应的措施进行调整和修正。
此外，在地铁隧道施工中，还需要进行土体加固和排水处理工作，以提高土体的稳定性和排水能力，减小地面沉降的发生。
隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析
隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析摘要：随着国家的发展越来越好，先进的技术应用到各领域。
其中，利用浅埋和地下开挖实现隧道施工，可以在一定程度上提高隧道施工的施工效率和安全性。
但在施工过程中，地面沉降问题会影响施工质量。
因此，有必要对浅埋地下隧道的施工技术进行深入研究，探讨隧道施工过程中地面沉降的具体情况，制定科学合理的隧道沉降和沉降控制方案，确保施工顺利进行。
关键词：隧道开挖；地表沉降；动态预测；影响因素引言开挖工程是隧道工程施工的主要内容，对该施工内容进行质量控制能够有效减少人为超挖、超填、超喷现象，降本增效，提高施工效益，保障隧道开挖施工的顺利开展，防止出现岩体塌方、变形现象，为高速公路工程后续施工环节的顺利进行奠定基础。
1隧道工程的施工特点隧道工程施工是一种野外作业，极易受到自然环境的影响。
由于隧道工程工艺相对比较复杂，又涉及较多专业技术，在工程施工中离不开各种专业的同步作业，再加上工程结构比较复杂、相互交错着各个专业的施工，要求各个工种、专业部门之间必须进行有效的沟通、配合，在各个环节相互制约的影响下导致施工中的变数比较多。
同时，由于公路隧道的施工时间比较长、涉及范围广，有时需要同时跨越多个地质环境，尤其是比较特殊的地质段，诸如黄土地、膨胀土与流沙层等，因而对于施工技术提出了很高、很严格的要求，一般情况下往往需要通过多道施工工序，即挖掘、运输、填埋等，受工作环境的影响比较大，也存在许多突发因素。
如果在实际施工过程中不能严格按照设计要求，则极易出现类似于失稳与下陷等问题，从而对正常通行与安全造成严重影响。
基于此，在隧道施工过程中为进一步强化隧道施工技术与工艺管理，必须结合实际情况采取一系列切实可行的措施，结合现有施工技术重视新型施工技术、先进设备的引进。
此外，为更科学、合理地安排施工工序，有必要结合现场施工环境，以此促进隧道施工水平的不断提高，确保能够满足隧道工程的施工质量标准。
2隧道主要病害情况由于隧道建造时间早，设计标准不高，结构存在缺陷、施工工艺落后，在列车运行扰动、环境变化、运营期间维养欠量等诸多因素影响下，隧道病害日益突出，其主要病害包括衬砌裂缝、拱顶剥落掉块、衬砌背后空洞不密实、衬砌混凝土劣化、局部变形侵限等。
浅谈隧道施工引起的地表沉降及测量
浅谈隧道施工引起的地表沉降及测量摘要：盾构法是我国隧道工程中一种重要的施工方法。
盾构法隧道以其施工技术的安全性和先进性等特点。
但是，盾构法施工一定程度上会引起地表沉降，当地表沉降过大时可能危及周围建筑物和地下管线等建(构)筑物的安全，造成严重的经济损失和社会影响。
本文从多角度阐述盾构掘进引起地表沉降及变形产生的原因，并解析控制隧道施工地面沉降及变形测量的各种方法。
关键词：隧道施工；盾构法；测量方法地表沉降及变形是隧道施工过程中最需要重点关注的问题，其直接影响周围地面建筑和地下设施的正常使用，因此，对地表沉降及变形测量至关重要。
一、盾构掘进引起地表沉降及变形产生的原因众所周知，盾构施工肯定会引起地表沉降及变形，这种土体位移源于开挖引起的扰动及由此产生的地层损失和扰动土的重新固结。
所谓地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积和理论计算的排土体积之差。
地层损失率以地层损失体积占盾构理论排土体积的百分比来表示。
地层损失一般包括盾构开挖面的地层损失、盾构纠偏产生的地层损失、盾构沿曲线推进时产生的地层损失以及盾壳外径和管片直径之间空隙引起的地层损失。
引起地层损失的施工及其他主要因素有：①盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降及变形；当盾构推进时如作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力，则正面土体向上向前移动，引起地层损失(欠挖)而导致盾构前上方土体隆起。
②在盾构暂停推进时，由于盾构推进千斤顶漏油回缩，可能引起盾构后退，使开挖面土体塌落或松动，造成地层损失。
③由于向盾尾后面、隧道外围建筑空隙中压浆不及时、压浆量不足或压力不适当，使盾尾后坑道周边土体失去原始三向平衡状态，而向盾尾空隙中移动，引起地层损失。
在含水不稳定地层中，这往往是引起地层损失的主要因素。
④盾构在曲线中推进、纠偏、抬头或叩头推进以及实际开挖断面不是圆形而是椭圆形而易引起地层损失。
青岛某隧道开挖引起地表沉降分析
青 岛城市 隧 道左 线 （ 云南 路 ） 隧道 长 １ ６ ５ ９ ． ０ ２ ｍ，
纪中兴 等： 青 岛某 隧道开挖 引起地表沉 降分析
（ ４ ） 采 用 上下 台 阶法 时 ， 上 下 台阶 同时开 挖对
影 响相对较小。
地 表沉 降影 响 较大 ， 只开 挖 下部一 侧 时 ， 对 地表 沉 降
离； ⑤二次衬砌施做 时间与下 台阶相差 ２ ８ ｍ。
（ ２ ） 下 到洞 超前全 断 面法具 体 开挖过 程 为 ： ①
先挖下 导洞 ， 每 次进尺 ２ ｍ， 总计进尺 ６ ｍ， ② 爆破 开挖
上 断面 ， 并 及 时进 行初 次支 护 ； ③ 当全 断面 扩挖 进尺
２ ２ ｍ时 ， 进行二次衬砌 。
超 前法施 工对地表沉降纵向范围 比上下台阶法小 。该结论为 隧道设计 、 施工提供 了技术支持 。
【 关键词 】 上下 台阶法 ； 下导洞超前法 ； 隧道开挖 ； 地表沉 降 【 中图分类号 】 Ｔ Ｕ ９ ４ １ 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章编 号】 １ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ — ０ ０ ９ ４— ０ ４
１ 浅埋 暗挖两种 常用施工方 法比较
Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ ｌ ｉ ｌ ｌ ［ １ ｌ ｌ Ｉ
一
图２ 下 导洞 超 前 全 断面 开挖 工 序 示 意 图
图 １ 上 下 台阶 法 开挖 工 序示 意 图
一
３ Ｏ
一２ ０ — １ ０
０
１ Ｏ
２ Ｏ
３ Ｏ
ｍ
图１ ０ ｋ ｌ ＋ ８ １ ０ 断面地表沉降过程
图ｌ １ 下导洞超前６ ｍ地表纵断面沉降过程
不同开挖步骤引起浅埋隧道地表沉降的数值分析
摘要:地铁施工扰动地层，必然造成相应的地层变形。
结合沿海地区软土地区浅埋暗挖矩形隧道施工，使用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟，分析矩形隧道初期支护在开挖过程中的地表沉降变形。
分析结果表明，浅埋软土矩形大跨隧道在开挖过程中，群洞效应的作用和施工方案有密切关系，在此基础上提出了控制地层变形的技术措施，在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。
关键词:浅埋隧道;软弱围岩;开挖;地表沉降;数值模拟1引言浅埋暗挖法是在新奥法原理的基础上，针对城市地下工程的特点而发展起来的。
城市浅埋地下工程的特点主要是:覆土薄、地质条件差(多是未固结的土砂、粘性土、粉细砂等)、自稳能力差、承载力小、变形快，特别是初期增长快，稍有不慎极易产生坍塌或出现过大的下沉。
天津地区位于海河下游，其土质为软土。
软土的特性为:天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，其压缩系数宜大于0.5 MPa-1;不排水抗剪强度小于30 kPa。
矩形大跨隧道在开挖过程中应该避免“群洞效应”的作用，由于隧道施工过程和开挖顺序的不同都会引起各自不同的应力和应变的非线性历程，最终导致不同的力学效应，因此不同的开挖过程导致“群洞效应”作用的大小不同，隧道施工必须采用合理的开挖工序避免“群洞效应”，以保证隧道施工安全。
浅埋暗挖隧道开挖时，地层岩体内原有的天然应力场将重新分布以达到新的平衡状态。
这时，隧道两侧壁产生减压区，压应力消失，隧道围岩聚集的弹性能将被释放出来，造成围岩被压碎并向开挖空间内突出。
同时，隧道拱顶、底部产生减压区，压应力被拉应力所代替，从而引起围岩被破坏，造成地下洞室附近地层移动与变形。
2工程概况天津地铁营口道车站1号风机房位于城市主交通干道的下面，矩形断面，开挖宽度14.74 m，开挖高度6.4 m，最小埋深为1.82.0 m，分5跨10部开挖，结构如图1所示。
某隧道施工引起的地表沉降随机预测分析
匀收缩 ， 即 断 面 半 径 均 匀 收 缩 了△ Ａ， 可得 地 表 的 下 沉 值 Ｗ
（ Ｘ） 为：
ｒ ｂ ｒ ｄ ｆ ｆ ｆ ｈ
ｗ（ ｘ ） Ｊ ｌ ｗ （ Ｘ， ∈ ， ） ｄ ∈ ｄ 一ｆ ｆ ｗ （ Ｘ ， ∈ ， ） ｄ 《 ｄ １ １ （ ５ ）
１ 『 、 ２ １
ｗ（ ｘ ） ＝ ｗ（ ｘ， ∈ ， ） ｄ ∈ ｄ １ １
（ ４ ）
３ 圆形 断面隧道开挖 时引起 的地表沉 降
隧 道 断 面形 式 一 般 有 圆 形 、 椭 圆形 、 门 洞形 和 马 蹄 形 等 。
对 于 圆形断 面隧道 。 隧 道 中心 距 地 表 深 度 为 Ｈ， 开 挖 初 始 半
降 规律 ， 并 计 算结 果 与实 测 结 果 进 行 对 比 ， 发 现 二者 在 数 值 上 存 在 差 异 性 ， 但 对 应 的 结 果 变化 规 律 基 本 吻 合 。 因此， 将 数 值 分析 和 实 测 结 果 有机 结 合 起来 ， 以达 到 科 学 真 实 反 映 围 岩 与 隧 道 支护 变形 的 目的 。
形 成 性 状 不 同、 大 小不 一 的 颗 粒 。 这 些 颗 粒 受各 种 自然 力 的 作
０
用， 在各 种 不 同 自然 环 境 中堆 积 下 来 形 成 土 ： 而 土在 很 长 的 地 质 年 代 中发 生 复 杂 的 物 理化 学 变 化 ．逐 渐 压 密 、分 析 ，并 经 过 大 量 的 工 程 实践 及 数 据 分 析 对 该 理 论 进行 验 证 ， 使 该理 论 得 到进 一 步 完善 。 目前 ， 我 国地 铁 隧 道 工 程修 建 越 来 越 多 ， 通 常 在 城 市 中修 建 地 铁 隧 道 对 道 路 、 房屋 、 地 下 管 网等 周 边 环 境 的 影 响 非 常 大 ，施 工 引起 的 地 表 沉 降也
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收稿日期:2009-05-05作者简介:贾晓云(1977-),女,山东菏泽人。
讲师,博士研究生,主要从事隧道衬砌安全度检算与围岩稳定性等方面的教学和科研工作。
E m ai:l jiaxiaoyun @to 。
隧道开挖引起的路面沉降预测及数值分析贾晓云1,2,林宝龙3(1.西南交通大学土木工程学院,成都 610031;2.石家庄铁道学院土木工程分院,石家庄 050043;3.石家庄铁路职业技术学院,石家庄 050041)摘 要:采用Pec k 公式对南水北调中线下穿高速公路段暗涵施工所允许的地表沉降进行预测,确定65mm 为工程允许的地表沉降标准。
提出了双中洞、多分部的暗挖施工方法,并用FLAC-3D 进行数值模拟。
实测表明该法可将路面沉降控制在60mm 以下,能够满足隧道施工安全和环境控制要求。
关键词:南水北调;水工隧洞;暗挖施工;路面沉降;数值分析中图分类号:U 455;P642 26文献标志码:A 文章编号:1003-8825(2010)03-0108-030 引言随着我国交通基础设施的飞速发展,下穿既有建筑物的隧道工程越来越多,如在建的温福铁路的琯头岭隧道、北京地铁天坛东站,以及穿越既有车站的长春南北火车站的南北地下通道等。
下穿高速公路隧洞施工不可避免地会引起地表沉降,高速公路路基及路面不均匀沉降要求严格,若施工控制不当,将造成既有路面不平整度的超限,降低公路的使用功能,严重时还会引起路面结构损伤,造成部分路面功能丧失。
为减少隧道施工对既有高速公路的不良影响,必须对地表沉降变形进行预测及控制。
目前国内外已有较多的关于预测地表沉降的方法,但在下穿高速公路大跨三连拱水工隧洞施工过程中,影响地表沉降的因素很多,任何简单的计算方法均无法反应众多因素的综合影响。
由于数值分析可较为全面地考虑影响地表沉降的各种因素,较为准确地预测隧道施工引起的地表沉降变形。
因此,对大跨水工隧洞施工引起的地表沉降进行数值分析研究具有重要的理论和现实意义。
G habboussi (1983)采用了二维和三维有限元法模拟了在两条地下通道上方施工穿越隧道的力学影响,并与实测进行了对比。
Lee 和Ro w e (1990)采用三维有限单元法,分析参数选取对隧道开挖计算结果的影响,得出各项参数对开挖计算结果的影响规律。
国内外研究表明,有限元法是研究隧道开挖问题的有效方法[1-3]。
本文以南水北调中线石京段古运河枢纽工程暗挖段为工程背景,采用FLAC-3D 有限元软件模拟大跨水工隧洞施工过程,研究地表沉降变形规律,从而有针对性地采取措施控制,减少地表沉降对既有高速公路的不良影响。
1 工程概况石太高速公路暗涵暗挖段的地形受人工采掘及堆积垃圾影响,起伏差大,古运河河槽呈 U 形,宽100~150m,漫滩有人工筑路采掘后形成的深坑,岩性为第四系松散层。
该段上游为古运河河滩,下游为村办砖厂及奶厂,除穿越的石太高速公路外,附近无重要地面建筑物、地下管线和地中埋设物。
该工程横穿107国道副线和石太高速公路,暗挖段长80 0m,隧道最大埋深9 8m 。
隧洞施工过程中,最大允许地表沉降量仅受上方高速公路和施工方法的控制。
2 暗涵隧洞地表沉降控制基准2 1 暗涵施工引起的地表沉降预测根据经验,地表沉降规律(横向)可采用墨西哥学者Peck 和英国学者Re illy 提出的符合正态概率曲线的观点进行分析。
横向沉降Peck 曲线近似描述如图1[4],其方程为!108!路基工程Subgrade Eng i neeri ng2010年第3期(总第150期)S=Smax exp(-x22i2)(1)式中 x为距隧道中心线的距离;S为距隧道中心线为x的地表沉降量;Sm ax为隧道中心线处最大沉降量; i为沉降槽宽度系数,其经验公式为i=H+R2 tg(45∀-2)(2)式中 H为覆土厚度;R为隧道水力半径。
图1中W为沉降槽宽度,Cor ding(美国)等人根据莫尔-库仑理论,推导出W=5i。
根据工程的实际情况,暗涵的水力半径R为11 12m,地层的加权内摩擦角为24 5∀,由式2得沉降槽系数i=13 00m。
则隧道开挖过程中,横向地表沉降规律为S=Sm ax exp(-x2338)(3)2 2 暗涵地表沉降控制标准的建立根据经验,距隧洞一定距离以外的沉降曲线可认为是一条直线,其斜率近似为f=2Sm axW(4)如允许的路面沉降坡差为[f],则地表最大允许沉降值可表示为[Sm ax ]=W[f]2=2 5i[f](5)取路面允许沉降坡差为0 4%,根据经验和数值模拟计算结果,隧道开挖过程中,路面沉降槽宽度为65~80m。
则根据式(4)和式(5)计算得暗涵施工中允许的高速公路路面最大沉降为130~160mm。
上述计算结果是在假定施工前高速公路路面完全平顺的条件下得出的,如考虑既有路面原始的工后不均匀沉降的影响,则上述控制指标应做适当折减,即应该考虑适当的安全系数。
根据既有高速公路的修建年限、地层条件以及既有路面的平顺程度,安全系数取2 0,则暗涵施工中允许的高速公路路面最大沉降为65~80mm,取其小者65mm。
3 暗涵施工中路面沉降控制技术根据工程具体的地层条件、工程规模和周边工程环境,确定采用双中洞、多分部的开挖施工方法。
主要开挖、施工步序如图2。
隧洞初期支护采用厚30 c m C20喷射混凝土,为增加初支的支护刚度,混凝土喷层中设置格栅拱架,拱架采用四边形截面形式,受力主筋为22#级钢筋,沿隧洞纵向拱架按2榀/m 布置。
为避免开挖后围岩的过分松弛,施工中,采用随挖即喷的施工原则,并设置厚30c m临时仰拱。
暗涵主要穿越细、粗砂层,地层开挖后自稳能力差,掌子面容易发生塌滑现象。
故采用大管棚结合小导管注浆的联合超前支护,确保开挖后掌子面稳定,减少施工位移和地表沉降。
同时为减少管棚施作对周边地层的扰动,将地层损失降到最低,大管棚采用一次施作完成。
4 暗涵隧洞施工有限元分析为了研究高速公路暗涵暗挖段施工引起的地面沉降,采用FLAC-3D对其进行三维数值模拟。
4 1计算模型和计算参数根据工程实际,计算参数为:纵向沿高速公路段暗涵轴线方向取80m,水平方向长度约为暗涵跨度的5倍,长150m;垂直方向暗涵底部以下15m,上边界取近似地表的自由边界。
模型左、右、前、后和下部边界均施加法向约束,地表为自由边界。
高速公路段暗涵的围岩及支护结构均采用实体单元,模型共划分了73310个节点和69320个单元。
三维计算模型如图3。
围岩材料采用摩尔-库仑理想弹塑性模型,喷射混凝土支护及模筑混凝土采用弹性模型[5]。
高速公路段暗涵围岩及支护的物理力学参数根据地质资料确定,计算中采用的物理力学指标如表1。
表1 围岩和二衬计算参数编号名称E/M Pa!∀/(kN!m-3)c/kPa/(∀) 1公路填筑土31 360 3619 12025 2黄土状壤土29 400 4119 12025 3黄土状砂壤土29 400 4118 21520 4中砂41 160 3020 0028 5细砂35 280 3019 0025 6砂壤土8 820 3019 01520 7砾石100 000 2321 0030 8管棚加固150 000 2520 010040 9初支28000 000 2025 01300060 10二衬31000 000 1725 01300060!109!贾晓云,等:隧道开挖引起的路面沉降预测及数值分析4 2 计算结果(1)地表沉降。
施工完成后地表沉降槽曲线如图4。
从图4看出,各点地表沉降中,中跨施工引起地表沉降较大,中跨施工完时地表沉降为40 0mm,结构施工完成后最大地表沉降达到49 7mm,当暗涵两中导洞施工快到目标工作面后曲线下降较快,另外中跨核部及两侧导洞施工快到目标工作面后曲线又下降稍快。
计算路面最大沉降为49 7mm,小于沉降控制标准的65 0mm,说明计算模型合理,方法正确。
5 现场量测为了解实际施工中既有高速公路地表沉降规律,在施工过程中,对暗涵上方既有路面共布置4条测线进行系统地监控量测。
施工结束后地面最大沉降槽曲线如图5。
从图5看到,实测既有路面最大沉降为58 0mm,与计算最大值49 7mm 相差不大,均小于沉降控制标准的65 0mm,说明施工过程中既有高速公路运营状态良好,同时也从实际施工效果上证明了研究方案的正确性和科学性。
6 结论(1)采用理论分析和数值计算方法确定了隧道施工其地面沉降槽的规律,并预测得出下穿高速公路暗涵施工所允许的地表沉降值为65 0mm 。
(2)研究提出的双中洞、多分部的暗挖施工法,经数值模拟和实测证明,该法可将路面沉降控制在60 0mm 以下,能满足隧道施工安全和环境控制的要求。
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