廣州地區(qū)復(fù)合多樣性地層盾構(gòu)施工地表沉降與特征參數(shù)研究

摘要：不同土層下盾構(gòu)施工地表沉降存在較為明顯的差異性，有必要對(duì)地區(qū)典型的復(fù)合多樣性土層盾構(gòu)施工進(jìn)行針對(duì)性研究。文章對(duì)于盾構(gòu)施工地表沉降橫向曲線、地表沉降與掌子面位置的曲線進(jìn)行了基于經(jīng)驗(yàn)公式、施工監(jiān)測(cè)的分析，結(jié)果表明：在掌子面通過(guò)前地表沉降不顯著，掌子面通過(guò)時(shí)，地表存在顯著沉降；在基于經(jīng)驗(yàn)曲線地表橫向沉降曲線的計(jì)算中，隨隧道半徑及地層損失量增大，地表沉降值增大，隨隧道埋深和內(nèi)摩擦角的增大，地表沉降減小；在同一工況相同地層損失率為0.8%時(shí)，Peck、Celestino的計(jì)算結(jié)果與本區(qū)段實(shí)測(cè)值接近，Loganathan公式計(jì)算的結(jié)果較小。對(duì)于地表沉降與掌子面位置曲線，Sagaseta公式在地層損失率為2.5%時(shí)，與本區(qū)段的沉降監(jiān)測(cè)值較為接近。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；地表沉降；經(jīng)驗(yàn)公式；施工監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TU94 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

1969年，Peck［1］通過(guò)對(duì)大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出，地表沉降滿足高斯分布。1988年，Sagaseta［2］利用鏡像原理，假設(shè)土體均勻不可壓縮，得到土體各方向變形的解析解。1996年，Verruijt等［3］假定土體是線彈性材料，在Sagaseta公式基礎(chǔ)上引入新參數(shù)泊松比。1998年，Loganathan等［4］利用前人提出的間隙參數(shù)理論得出地層損失參數(shù)，并結(jié)合Verruijt等［3］的工作給出新的解析式。2000年，Celestino等［5］提出三參數(shù)擬合公式，對(duì)其提出的公式與結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與高斯經(jīng)驗(yàn)曲線得到的結(jié)果作比較，得出三參數(shù)公式繪制的曲線更具有靈活性。

2010年，魏綱［6］根據(jù)杭州某過(guò)江隧道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出該工況施工階段地表沉降取值辦法，同時(shí)對(duì)其他施工項(xiàng)目的71個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)得出95.77%的地層損失率大小在0.20%～3.01%，而黏性土土體損失率在0.20%～2.00%。2015年，李忠超等［7］對(duì)寧波地鐵單線隧道地表的橫向和縱向空間曲線進(jìn)行擬合，得到隧道上覆地層為砂質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)土?xí)r的地表沉降規(guī)律、地層損失取值范圍以及盾構(gòu)參數(shù)對(duì)地表沉降的影響。2016年，朱才輝等［8］對(duì)不同地區(qū)多個(gè)地鐵的地層損失進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出地層損失率在0.06%～6.90%。廣州地鐵的31個(gè)樣本數(shù)中，得到最大地層損失為3.15%，最小為0.29%，平均值為1.17%。

1 地表沉降經(jīng)驗(yàn)公式

1.1 橫向沉降曲線

1.2 縱向沉降曲線

1.3 地層損失率計(jì)算及實(shí)際地層損失

2 工程背景

3 廣州地區(qū)典型監(jiān)測(cè)曲線

如圖1（a）所示為ZDK19+246測(cè)點(diǎn)組時(shí)序曲線，總的監(jiān)測(cè)時(shí)間段為2019年8月2日—2019年9月5日，該測(cè)點(diǎn)累計(jì)監(jiān)測(cè)51次。8月2—8日，每天監(jiān)測(cè)1次；8月9日監(jiān)測(cè)2次；8月10—14日每天上午、下午和晚上各監(jiān)測(cè)1次；8月15—19日，每天監(jiān)測(cè)2次；8月20日—9月5日每天監(jiān)測(cè)1次。掌子面通過(guò)測(cè)點(diǎn)組的時(shí)間為8月13日上午，即第19次監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)初期，監(jiān)測(cè)的沉降值變化不大，在掌子面通過(guò)前9次監(jiān)測(cè)，地表沉降先增大后減小，在掌子面通過(guò)前后2次監(jiān)測(cè)，地表沉降明顯增加。第26次監(jiān)測(cè)后，各測(cè)點(diǎn)沉降緩慢，基本保持不變。

4 經(jīng)驗(yàn)公式分析

5 結(jié)論

本文依據(jù)廣州某地鐵線路工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，分析了復(fù)合多樣性地層盾構(gòu)施工的地表沉降規(guī)律，得到如下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)不同斷面測(cè)點(diǎn)的實(shí)際時(shí)序及空間曲線沉降規(guī)律分析，得出地表沉降與掌子面位置有密切聯(lián)系：在掌子面前方，一般大于10m外地表沉降不明顯；在掌子面通過(guò)時(shí)，掌子面附近斷面測(cè)點(diǎn)有明顯沉降。

（2）分析了Peck經(jīng)驗(yàn)曲線的各個(gè)參數(shù)對(duì)經(jīng)驗(yàn)曲線的影響，結(jié)果表明，隨著隧道半徑及地層損失量增大，地表沉降值增大，隨隧道埋深和內(nèi)摩擦角的增大，地表沉降減小。

（3）比較了在同一工況下，地層損失率為0.8%時(shí)，Peck，Loganathan，Celestino三類經(jīng)驗(yàn)公式的最大沉降值。對(duì)于本區(qū)段橫向沉降，Peck、Celestino的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值接近，Loganathan公式計(jì)算的結(jié)果較小。

（4）對(duì)于地表沉降與掌子面位置沉降規(guī)律進(jìn)了分析，Sagaseta公式在地層損失率為2.5%時(shí)，與本區(qū)段的沉降監(jiān)測(cè)值較為接近，盾構(gòu)掌子面通過(guò)前后發(fā)生顯著沉降。

參考文獻(xiàn)

［1］PECK R B. Deep excavations and tunneling in soft ground［C］//Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering， Mexico， 1969：225-290.

［2］SAGASETA C. Discussion： analysis of undrained soil deformation due to ground loss［J］. Gotechnique， 1988（4）： 647-649.

［3］VERRUIJT A， BOOKER J R. Surface settlements due to deformation of a tunnel in an elastic half plane［J］. Gotechnique， 1996（4）： 753-756.

［4］LOGANATHAN N， POULOS H G. Analytical prediction for tunneling-induced ground movements in clays［J］. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering， 1998（9）： 846-856.

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［6］魏綱.盾構(gòu)隧道施工引起的土體損失率取值及分布研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010（9）：1354-1361.

［7］李忠超，陳仁朋，孟凡衍，等.軟黏土中盾構(gòu)掘進(jìn)地層變形與掘進(jìn)參數(shù)關(guān)系［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2015（7）：1268-1275.

［8］朱才輝，李寧.隧道施工誘發(fā)地表沉降估算方法及其規(guī)律分析［J］.巖土力學(xué)，2016（S2）：533-542.

［9］林存剛，劉干斌，吳世明，等.泥水盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地面沉降——傳統(tǒng)計(jì)算理論的評(píng)析與修正［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2015（4）：111-123.

［10］魏綱，吳華君，陳春來(lái).頂管施工中土體損失引起的沉降預(yù)測(cè)［J］.巖土力學(xué)，2007（2）：359-363.

（編輯 編輯李春燕）

Ground settlement and characteristic parameters due to shielding constructionin composite diversity strata of Guangzhou

Zeng "Aijun Zhu "Yi Wang "Jie Zhu "Liubing Wu "Zheng Li "Weiming

（1.Guangzhou Metro Co.， Ltd.， Guangzhou 510030， China;

2.School of Civil Engineering and Architecture， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430023， China;3.China Railway 22nd Bureau Group Rail Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100040， China）

Abstract： "There are obvious differences in ground settlement under shield tunneling in different soil layers， so it is necessary to investigate the shielding settlement of typical composite diversity strata in the region. Based on empirical formula， numerical simulation and construction monitoring， the horizontal ground settlement curve， the ground settlement curve considering the position of tunnel face in shield tunneling are discussed. The results show that the ground is insignificant before the tunnel face passes， and is significant when the tunnel face passes. In the calculation of the horizontal ground settlement curve， the ground settlement value increases with the increase of tunnel radius and stratum loss， and decreases with the increase of tunnel burial depth and internal friction angle. When the loss rate is 0.8% under the same tunneling scenario， the calculated results of Peck and Celestino are close to the monitoring values in this section， while the calculated results of Loganathan formula are small. In the calculation of the ground settlement curve considering the position of tunnel face， the values with Sagaseta formula are close to the monitoring settlement of this section when the loss rate is 2.5%.

Key words： shield construction; ground settlement; empirical formula; construction monitoring