飽和砂土地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)地面變形預(yù)測(cè)分析

張松?武凱

摘 要：本文以鄭州市軌道交通2號(hào)線二期工程為例，對(duì)飽和砂土地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)地面變形預(yù)測(cè)進(jìn)行分析。首先，對(duì)工程進(jìn)項(xiàng)簡(jiǎn)要分析，然后進(jìn)行地表沉降值理論計(jì)算，最后進(jìn)行采集數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，Peck公式的計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求且與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果誤差較小，符合地表沉降變形規(guī)律，即微小沉降階段、急劇沉降階段、緩慢沉降階段、沉降穩(wěn)定階段。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu);地表沉降;Peck公式

中圖分類號(hào)：U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各城市的地鐵線路不斷增多，對(duì)地鐵隧道施工技術(shù)的要求越來(lái)越高。其中，盾構(gòu)及淺埋暗挖方法以其獨(dú)有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)[1]在地鐵隧道施工中得到了廣泛應(yīng)用。由于城市地下鐵道埋置深度較淺，因此，施工時(shí)引起周圍圍巖的變形會(huì)傳遞到地表，從而引起地表的移動(dòng)、變形或沉降。如果地表沉降過(guò)大，將直接影響地面建筑物的正常使用。因此，結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)顯得尤為重要。

早在20世紀(jì)初，英國(guó)與其他一些盾構(gòu)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家（例如，德國(guó)和法國(guó)）就開始對(duì)“在軟弱地層中開挖隧道產(chǎn)生地面沉陷和地層變形”[2]問(wèn)題進(jìn)行研究。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這一問(wèn)題的研究方法可總結(jié)為經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值模擬法和模型試驗(yàn)法等，其中經(jīng)驗(yàn)公式法是最為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。

本文以鄭州地鐵為例，利用Peck公式進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)，并將結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證Peck公式在本地區(qū)的適用性，為本地區(qū)地鐵施工沉降預(yù)測(cè)提供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

鄭州市軌道交通2號(hào)線二期工程某區(qū)間起始里程右（左）DK19+177.750，終點(diǎn)里程右（左）DK19+993.770，區(qū)間右線全長(zhǎng)850.957 m（左線850.749 m），區(qū)間共設(shè)置1個(gè)聯(lián)絡(luò)通道（兼泵房），線路縱坡設(shè)計(jì)為“V”形坡，最大坡度為28‰，最小坡度為1.9‰。區(qū)間最大埋深為20.3 m，最小埋深為10.5 m。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

選取該區(qū)間60—70環(huán)，在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，布置地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)：橫向（垂直于盾構(gòu)隧道軸線方向）間隔15 m共布置3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，測(cè)點(diǎn)的橫向間距3.0 m，每個(gè)斷面布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿軸線的縱向測(cè)點(diǎn)間距3.0 m，左右線各布置51個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2 地表沉降值理論計(jì)算

2.1 數(shù)學(xué)模型建立

基于隧道地表沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將地表沉降曲線簡(jiǎn)化為概率正態(tài)分布曲線，并認(rèn)為地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工引起的地表沉降是在土體不排水固結(jié)的條件下由地層土體損失引起的，地表沉降槽的體積應(yīng)等于地層土體的損失體積，Peck公式如下：

2.2 理論計(jì)算結(jié)果

選取飽和砂土地層4個(gè)試驗(yàn)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(jì)算沉降槽參數(shù)，結(jié)果如表1所示，取隧道軸線兩側(cè)各40m的橫向范圍，并進(jìn)一步繪制了4個(gè)試驗(yàn)斷面的橫向沉降預(yù)估曲線，如圖1所示。

從圖1可以看出，根據(jù)Peck公式的預(yù)估結(jié)果，4個(gè)試驗(yàn)斷面的最大地表沉降量均在10.0 mm左右，盾構(gòu)掘進(jìn)引起的沉降在橫向范圍內(nèi)主要集中于隧道中心兩側(cè)18 m內(nèi)。

3 采集數(shù)據(jù)分析

根據(jù)縱、橫向51個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（60—70環(huán)，縱向距離0～150 m）的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到累計(jì)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(jiān)測(cè)斷面的累計(jì)沉降曲線，與Peck經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算得到的沉降槽曲線變化規(guī)律相同，可分為幾個(gè)階段：微小沉降階段、急劇沉降階段、緩慢沉降階段、沉降穩(wěn)定階段。

4 結(jié)論

通過(guò)Peck公式的計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)比得到以下結(jié)論。

①Peck公式的計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求且與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果誤差較小，驗(yàn)證了Peck公式在本地區(qū)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(wěn)定階段。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鵬飛，楊玲芝，方恩權(quán).地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降預(yù)測(cè)研究[J].安防技術(shù)，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(shù)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010：23.

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