飽和砂土地鐵盾構掘進地面變形預測分析

張松?武凱

摘 要：本文以鄭州市軌道交通2號線二期工程為例，對飽和砂土地鐵盾構掘進地面變形預測進行分析。首先，對工程進項簡要分析，然后進行地表沉降值理論計算，最后進行采集數據分析。結果表明，Peck公式的計算預測結果滿足規范要求且與監測數據分析結果誤差較小，符合地表沉降變形規律，即微小沉降階段、急劇沉降階段、緩慢沉降階段、沉降穩定階段。

關鍵詞：地鐵盾構;地表沉降;Peck公式

中圖分類號：U231文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0115-03

Abstract： Taking Zhengzhou Rail Transit Line 2 phase II project as an example， this paper analyzed the ground deformation prediction of metro shield tunneling in saturated sand. Firstly， the input of the project was briefly analyzed， then the surface settlement value was calculated theoretically， and finally the collected data was analyzed. The results show that the prediction results of peck formula meet the requirements of the specification， and the error between the prediction results and the analysis results of monitoring data is small， which is in line with the law of surface settlement deformation， namely， the stage of small settlement， the stage of rapid settlement， the stage of slow settlement and the stage of stable settlement.

Keywords： subway shield;land subsidence;Peck formula

近年來，隨著我國經濟的快速發展，各城市的地鐵線路不斷增多，對地鐵隧道施工技術的要求越來越高。其中，盾構及淺埋暗挖方法以其獨有的特點和優勢[1]在地鐵隧道施工中得到了廣泛應用。由于城市地下鐵道埋置深度較淺，因此，施工時引起周圍圍巖的變形會傳遞到地表，從而引起地表的移動、變形或沉降。如果地表沉降過大，將直接影響地面建筑物的正常使用。因此，結合工程實際特點進行沉降預測顯得尤為重要。

早在20世紀初，英國與其他一些盾構技術發達的國家（例如，德國和法國）就開始對“在軟弱地層中開挖隧道產生地面沉陷和地層變形”[2]問題進行研究。目前，國內外學者對這一問題的研究方法可總結為經驗公式法、數值模擬法和模型試驗法等，其中經驗公式法是最為簡單實用的方法。

本文以鄭州地鐵為例，利用Peck公式進行沉降預測，并將結果與實測數據分析結果進行對比，驗證Peck公式在本地區的適用性，為本地區地鐵施工沉降預測提供參考。

1 工程簡介

1.1 工程概況

鄭州市軌道交通2號線二期工程某區間起始里程右（左）DK19+177.750，終點里程右（左）DK19+993.770，區間右線全長850.957 m（左線850.749 m），區間共設置1個聯絡通道（兼泵房），線路縱坡設計為“V”形坡，最大坡度為28‰，最小坡度為1.9‰。區間最大埋深為20.3 m，最小埋深為10.5 m。

1.2 監測點布置

選取該區間60—70環，在地鐵盾構掘進過程中，布置地表沉降監測點：橫向（垂直于盾構隧道軸線方向）間隔15 m共布置3個監測斷面，測點的橫向間距3.0 m，每個斷面布置16個測點，沿軸線的縱向測點間距3.0 m，左右線各布置51個監測點。

2 地表沉降值理論計算

2.1 數學模型建立

基于隧道地表沉降的實測數據，將地表沉降曲線簡化為概率正態分布曲線，并認為地鐵盾構掘進施工引起的地表沉降是在土體不排水固結的條件下由地層土體損失引起的，地表沉降槽的體積應等于地層土體的損失體積，Peck公式如下：

2.2 理論計算結果

選取飽和砂土地層4個試驗斷面左DK34+946、左DK34+896、DK34+946、右DK34+896，采用式（1）和式（2）得到理論計算沉降槽參數，結果如表1所示，取隧道軸線兩側各40m的橫向范圍，并進一步繪制了4個試驗斷面的橫向沉降預估曲線，如圖1所示。

從圖1可以看出，根據Peck公式的預估結果，4個試驗斷面的最大地表沉降量均在10.0 mm左右，盾構掘進引起的沉降在橫向范圍內主要集中于隧道中心兩側18 m內。

3 采集數據分析

根據縱、橫向51個監測點（60—70環，縱向距離0～150 m）的現場監測數據，得到累計沉降量和沉降速率曲線，如圖2至圖5所示。

從圖2至圖5可以看出，地表沉降監測斷面的累計沉降曲線，與Peck經驗公式法計算得到的沉降槽曲線變化規律相同，可分為幾個階段：微小沉降階段、急劇沉降階段、緩慢沉降階段、沉降穩定階段。

4 結論

通過Peck公式的計算預測結果和監測數據分析結果對比得到以下結論。

①Peck公式的計算預測結果滿足規范要求且與監測數據分析結果誤差較小，驗證了Peck公式在本地區的適用性。

②地表沉降變形階段包括微小沉降階段、急劇沉降階段、緩慢沉降階段、沉降穩定階段。

參考文獻：

[1]李鵬飛，楊玲芝，方恩權.地鐵盾構施工引起的地表沉降預測研究[J].安防技術，2013（3）：28-36.

[2]尹文平.深圳富水軟弱地層地鐵暗挖施工引起的地表沉降及變形控制技術研究[D].北京：北京交通大學，2010：23.

[3] NEW B M，O'REILLY M P. Tunneling induced ground movements： predicting the magnitude and effects[C]//Proc. 4th International Conference on Ground Movement and Structures.London：Pentech Press，1992：671-697.