砂土地層地鐵盾構(gòu)隧道施工對(duì)地層沉降影響的模型試驗(yàn)研究

王海濤，金　慧，涂兵雄，張景元

(1.大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連　116023；2. 北京交通大學(xué) 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京　100044；3.華僑大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 廈門(mén)　361021)

地鐵隧道盾構(gòu)施工一般都要經(jīng)過(guò)城市中心地帶，而施工引起的土體擾動(dòng)必然會(huì)使土體周?chē)慕ㄖ锖凸芫W(wǎng)系統(tǒng)的安全使用受到一定的影響，若控制不力則極易造成建筑物塌陷，管線斷裂等一系列災(zāi)害事故。因此，研究隧道盾構(gòu)施工對(duì)地層沉降的影響規(guī)律，控制地層沉降，避免隧道施工引起的災(zāi)害事故，是地鐵隧道工程中迫切需要解決的問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)隧道開(kāi)挖引起的地層沉降已進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了一定的研究成果。地層沉降的研究方法主要包括經(jīng)驗(yàn)法[1-12]、模型試驗(yàn)法[13-16]、數(shù)值模擬法[17-18]和解析法[4-6,19-21]。其中Peck[1]通過(guò)對(duì)大量地面實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)及工程資料的分析總結(jié)，首先提出地表沉降槽曲線服從正態(tài)分布的概念，隨后Peck公式及其修正公式[4-6]被廣泛應(yīng)用于地表沉降的計(jì)算中。R. J. Mair等[8-9]通過(guò)地層沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)黏性土中隧道施工引起的地層沉降槽曲線符合高斯曲線，并給出寬度系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。韓煊[10-12]等認(rèn)為砂性土地層隧道施工中地層沉降槽曲線同樣服從高斯分布，并修正了寬度系數(shù)的計(jì)算公式。在模型試驗(yàn)方面：何川、王忠昶等[13-14]采用室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了黃土、軟巖等多種地區(qū)盾構(gòu)開(kāi)挖對(duì)地層沉降的影響，并通過(guò)高斯曲線擬合出橫向沉降曲線，反算了土體損失率、最大沉降和沉降槽寬度系數(shù)；王正興、王興等[15-16]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，控制地層沉降槽曲線為高斯模式，研究砂土層中隧道上方地層沉降規(guī)律，并總結(jié)出地層沉降槽體積隨埋深的變化規(guī)律。在理論分析方面：姜忻良、魏綱、韓煊[19-21]通過(guò)對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及理論分析，基于地層損失不變的假定提出了黏性土和砂性土地層沉降槽曲線的最大沉降值和寬度系數(shù)的計(jì)算公式。上述研究在對(duì)地層沉降槽曲線特征規(guī)律分析中，多是基于不同埋深處地層損失相同的假設(shè)，進(jìn)而利用地表?yè)p失代替不同埋深處地層損失，顯然，這與實(shí)際工程有一定的差異。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)砂土地層盾構(gòu)隧道施工時(shí)不同埋深處的地層損失差異和地層沉降模式進(jìn)行探究，以求建立考慮地層損失差異的地層沉降槽曲線的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同埋深處砂土地層沉降的預(yù)測(cè)，從而控制砂土地層沉降及土體與周?chē)ㄖ铩⒐芫€及樁基等結(jié)構(gòu)的相互影響，避免隧道施工引起的災(zāi)害事故。

1　模型試驗(yàn)

1.1　試驗(yàn)簡(jiǎn)介

土體損失是盾構(gòu)隧道施工誘發(fā)地層沉降的重要原因。因此，以盾構(gòu)隧道施工產(chǎn)生的土體損失為主要控制因素，設(shè)計(jì)砂土地層盾構(gòu)隧道施工對(duì)地層沉降影響的模型試驗(yàn)。模型試驗(yàn)以大連地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)參數(shù)為原型，以32∶1的縮尺比例進(jìn)行模型盾構(gòu)和模型襯砌的初步設(shè)計(jì)。該隧道的設(shè)計(jì)參數(shù)為：盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)半徑為6.4 m，盾殼外徑為6.34 m，盾殼厚度為7 mm，管片外徑為6 m；考慮盾尾同步注漿；建成隧道直徑約為6.2 m。

試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖淙鐖D1所示，采用厚度為2 cm的鋼化玻璃制作而成，模型箱的長(zhǎng)×寬×高為1.5 m×1.5 m×1.2 m，在箱底上方50 cm處，前后箱壁上分別開(kāi)挖直徑為20 cm的圓孔，以便于模擬隧道開(kāi)挖；同時(shí)在試驗(yàn)箱上預(yù)先畫(huà)好尺寸標(biāo)志，便于觀察和記錄土體的沉降變化；模型盾構(gòu)采用直徑為20 cm、長(zhǎng)為1.1 m的PVC管模擬，模型襯砌采用直徑19 cm、長(zhǎng)1.5 m的定制白鐵管模擬，如圖2所示。試驗(yàn)中通過(guò)逐步釋放土體沉降，控制開(kāi)挖過(guò)程中土體損失的發(fā)展來(lái)模擬隧道盾構(gòu)施工影響。具體方法：將模型盾構(gòu)和模型襯砌兩管嵌套預(yù)埋在土層中，兩管之間的空隙無(wú)土體填充，保持內(nèi)管不動(dòng)，采用拉拔儀器將外管緩慢均勻拔出。

圖1　試驗(yàn)箱

圖2　模型盾構(gòu)和模型襯砌

1.2　土層填筑與裝置鋪設(shè)

在填筑砂土前首先進(jìn)行了砂土壓實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)自然攤鋪土層厚度約為7 cm、壓實(shí)量為2 cm時(shí)，砂土密度約為1.6 g·cm-3。根據(jù)該試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行土體填筑，以7 cm為初始攤鋪厚度，使用小型夯實(shí)工具進(jìn)行夯實(shí)，直至土層厚度為5 cm，同時(shí)在砂土填至試驗(yàn)箱孔洞位置時(shí)，將模型盾構(gòu)和模型襯砌嵌套放置在試驗(yàn)箱內(nèi)，模型襯砌長(zhǎng)度貫穿試驗(yàn)箱，模型盾構(gòu)內(nèi)置長(zhǎng)度為1.1 m，外部剩余20 cm，且預(yù)先在剩余的20 cm管段上鉆孔，用于連接拉拔儀器。為保持兩管空隙間無(wú)砂土進(jìn)入，可用海綿粘貼于外管端口內(nèi)壁；當(dāng)砂土埋至外管上方5 cm時(shí)，在試驗(yàn)箱邊緣添加自制紅砂作為分層標(biāo)注，并且順序往上，每5 cm分層標(biāo)注1次，直至填筑到試驗(yàn)的預(yù)定高度。砂土的物理參數(shù)經(jīng)土工試驗(yàn)確定，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　砂土填料參數(shù)

1.3　測(cè)量?jī)?nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

地層沉降的量測(cè)主要包括地表沉降和土體內(nèi)部沉降，量測(cè)儀器采用YHD—50型位移傳感器和DHPMC靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀。地表沉降直接用位移傳感器連接墊片進(jìn)行量測(cè)，土體內(nèi)部沉降采用自制沉降桿間接測(cè)量。在橫向分布上，測(cè)點(diǎn)采用不對(duì)稱(chēng)形式布設(shè)于監(jiān)測(cè)面位置；在深度方向上，分別對(duì)地表和地表以下埋深為5，10，15 cm處地層沉降進(jìn)行量測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置位置如圖3所示。成洞區(qū)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度為40 cm，預(yù)留開(kāi)挖長(zhǎng)度為1.1 m。定義的坐標(biāo)系如圖3(b)所示，則開(kāi)挖進(jìn)尺在數(shù)值上等于縱坐標(biāo)值，y=30 cm為監(jiān)測(cè)面位置。量測(cè)地表沉降的位移傳感器布設(shè)位置如圖4所示。

圖3　測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置(單位：cm)

圖4　沉降傳感器布設(shè)圖

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1　地表沉降

隧道埋深為30和40 cm時(shí)，地表沉降槽曲線隨隧道開(kāi)挖距離的變化曲線(地表沉降槽曲線)如圖5所示。從圖5可以看出：地表沉降槽曲線大致成高斯分布，尤其在開(kāi)挖面到達(dá)監(jiān)測(cè)面前；隨著開(kāi)挖面的推進(jìn)，各測(cè)點(diǎn)的沉降及沉降槽寬度均有增加；當(dāng)開(kāi)挖面進(jìn)入監(jiān)測(cè)面前后1D(D為隧道直徑)范圍內(nèi)，地表沉降迅速增大，當(dāng)開(kāi)挖面通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面2D后，沉降趨于穩(wěn)定；開(kāi)挖距離為70 cm時(shí)，對(duì)比隧道埋深為30和40 cm的2條地表沉降槽曲線，最大沉降分別為15.92和14.64 mm，說(shuō)明隧道埋深越小，地表最大沉降越大，沉降槽寬度越小，沉降槽曲線呈高而窄的分布特征。

圖5　地表沉降曲線

2.2　土體內(nèi)部沉降

不同隧道開(kāi)挖進(jìn)尺下，隧道埋深40 cm時(shí)，地表以下埋深5，10，15 cm處砂土地層沉降槽曲線如圖6所示。從圖6可以看出：在淺埋地層處，試驗(yàn)值與高斯曲線的擬合度較好；隨著地層埋深的增加，沉降槽曲線在隧道直徑范圍外的沉降相對(duì)減小，且在邊緣處有隆起現(xiàn)象，在隧道直徑范圍內(nèi)沉降呈增大趨勢(shì)，且試驗(yàn)值較高斯曲線上數(shù)值偏大，沉降槽曲線整體上趨于煙囪狀，橫向影響寬度愈加穩(wěn)定、集中，縱向深度愈加拉長(zhǎng)；當(dāng)?shù)貙勇裆顬?5 cm時(shí)，在距隧道軸線20 cm處附近的測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生隆起，原因可能是在逆向拉拔外管時(shí)，外管與砂土間存在摩擦力，擠壓效應(yīng)強(qiáng)烈，使砂土產(chǎn)生一定的隆起；對(duì)比地表沉降槽曲線，土體內(nèi)部沉降槽曲線在淺層表現(xiàn)為分散而矮平的特征，但隨著埋深的增加，沉降槽曲線表現(xiàn)為集中而高峭的特征。

圖6　土體內(nèi)部砂土地層沉降曲線

統(tǒng)計(jì)地表和不同埋深處砂土地層沉降槽曲線的寬度系數(shù)和最大沉降，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：隨著埋深的增加，寬度系數(shù)呈逐漸增大且趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)；最大沉降呈增大的趨勢(shì)。分析其原因，可能是砂土地層的擾動(dòng)是自下而上的傳遞過(guò)程，土體損失也是自下而上的傳遞過(guò)程，因此，在距離隧道開(kāi)挖面豎向距離較小的范圍內(nèi)，隧道寬度范圍內(nèi)土體剪切效應(yīng)強(qiáng)烈，砂土層發(fā)生剪切破壞，破裂面輪廓線呈煙囪狀，導(dǎo)致沉降槽寬度系數(shù)增加到一定數(shù)值后保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，而最大沉降持續(xù)增大。

表2　不同埋深處砂土地層沉降槽寬度系數(shù)和最大沉降

圖7為試驗(yàn)箱邊緣標(biāo)記土層的沉降，此時(shí)開(kāi)挖面接近箱壁。將圖7與圖5、圖6中開(kāi)挖距離y=30 cm的沉降槽曲線進(jìn)行對(duì)比可以看出：隧道埋深為15 cm時(shí)的沉降槽曲線有隆起趨勢(shì)，沉降區(qū)域更為集中，曲線拐點(diǎn)距隧道中心的距離最遠(yuǎn)。

圖7　標(biāo)記土層沉降

2.3　砂土地層沉降的時(shí)程分析

砂土地層沉降的時(shí)程規(guī)律是指監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降隨時(shí)間或開(kāi)挖距離的發(fā)展而呈現(xiàn)出的變化規(guī)律，是對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降的動(dòng)態(tài)研究[13]。本試驗(yàn)以開(kāi)挖距離為控制變量，得到監(jiān)測(cè)面上不同埋深處具有最大沉降的測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線，如圖8所示。從圖8可以看出：地表和土體內(nèi)部砂土地層沉降的時(shí)程特性基本一致，隨著開(kāi)挖面的推進(jìn)，各測(cè)點(diǎn)的沉降速度逐漸增加，當(dāng)開(kāi)挖面至監(jiān)測(cè)面正下方時(shí)，沉降速度幾乎達(dá)到最大，隨著開(kāi)挖面遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)面，沉降速度逐漸減小，至2D后基本穩(wěn)定；土體內(nèi)部砂土地層沉降速度較地表沉降速度大，且隨地層埋深的增加而增大。

圖8　砂土地層最大沉降時(shí)程曲線

3　考慮地層損失差異的砂土地層沉降計(jì)算方法

3.1　地表沉降槽寬度系數(shù)

已知地表沉降槽曲線近似服從高斯分布，因此根據(jù)Peck公式，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析，得到地表沉降槽寬度系數(shù)。為驗(yàn)證試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，將本文計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有常用的多個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果均列于表3中，以進(jìn)行對(duì)比分析。由表3可知：本文結(jié)果與文獻(xiàn)[6]和[7]中的計(jì)算結(jié)果較接近，證實(shí)了本文試驗(yàn)的可靠性；相比文獻(xiàn)[4]和[5]中的公式計(jì)算結(jié)果偏小，原因可能是文獻(xiàn)[5]提出的公式適用于埋深比較大的情況，而本試驗(yàn)埋深比較小，故存在一定誤差；文獻(xiàn)[4]提出的公式適用于黏性土質(zhì)，砂土相對(duì)于黏性土，因黏聚力較小，其曲線分布范圍較小，沉降槽寬度系數(shù)要適當(dāng)折減。

表3　地表沉降槽寬度系數(shù)i0計(jì)算公式對(duì)比

在驗(yàn)證試驗(yàn)具有可靠性的基礎(chǔ)上，基于文獻(xiàn)[4]中提出的公式，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)參數(shù)m進(jìn)行修正，得到如式(1)所示砂性土層地表沉降槽寬度系數(shù)i0的計(jì)算公式，并將其列于表3中，該公式對(duì)砂性土地層的地表沉降槽寬度系數(shù)的計(jì)算具有一定的參考意義。

0.242≤m≤0.305

(1)

式中：m為寬度影響系數(shù)；R為隧道半徑；h為隧道埋深；φ為土體內(nèi)摩擦角。

3.2　砂土地層損失

試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn)[13-16]證實(shí)，不同埋深處砂土地層的損失確與地表的損失不同，因此必須對(duì)地表?yè)p失進(jìn)行修正才是不同埋深處砂土地層的損失。

在實(shí)際工程中，土體內(nèi)部地層的損失很難量測(cè)，相對(duì)來(lái)說(shuō)地表?yè)p失則更容易獲得，那么只需建立不同埋深處地層損失與地表?yè)p失之間的關(guān)系，就可以得到不同埋深處地層的損失，進(jìn)而計(jì)算不同埋深處砂土地層的沉降。

定義不同埋深處砂土地層損失Vs,z為單位長(zhǎng)度地層沉降槽的體積，則其計(jì)算公式為

(2)

式中：Sz(x)為埋深z處地層沉降槽曲線函數(shù)表達(dá)式；x為距沉降槽中心的距離，沉降槽中心通常在隧道軸線上方；L為沉降槽寬度。

則當(dāng)?shù)貙映两挡矍€大致服從高斯分布時(shí)，地層損失的計(jì)算公式為

(3)

式中：Smax,z為埋深z處沉降槽的最大沉降；iz為埋深z處沉降槽的寬度系數(shù)。

由圖8可知，同一監(jiān)測(cè)斷面上，地表和土體內(nèi)部砂土地層的沉降具有相同的時(shí)程性，因此當(dāng)沉降基本穩(wěn)定時(shí)，地表和土體內(nèi)部砂土地層的橫向沉降槽曲線同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。為方便觀察不同埋深處地層損失與地表?yè)p失的關(guān)系，定義地層損失逆?zhèn)鬟f系數(shù)c，其計(jì)算公式為

(4)

其中，

(5)

式中：Vs,0，Smax，0，i0分別為地表?yè)p失、地表沉降槽的最大沉降和寬度系數(shù)。

則有

(6)

由式(6)建立的該土質(zhì)條件下不同埋深處地層損失與地表沉降槽曲線參數(shù)的關(guān)系式，只需要確定地層損失逆?zhèn)鬟f系數(shù)c的值，就可以計(jì)算得到不同埋深處地層損失Vs,z。

為確定砂土地層損失逆?zhèn)鬟f系數(shù)c的值及其變化規(guī)律，選取隧道埋深為40 cm時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)砂土地層損失逆?zhèn)鬟f系數(shù)c與隧道埋深h及地層埋深z的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到式(7)所示的c關(guān)于z和h的擬合公式，以及圖9所示的擬合曲線。由圖9可知：c隨著地層埋深的增加呈非線性增大；土層與隧道的間距越小，c增長(zhǎng)的越快。其原因可能在于土體的擾動(dòng)是自下而上的傳遞過(guò)程，越接近隧道，開(kāi)挖擾動(dòng)越劇烈，地層損失越嚴(yán)重；隨著土體卸載膨脹，淺層地層損失逐漸減少，c逐漸趨于緩慢減小的狀態(tài)。

圖9　c與的關(guān)系曲線

同樣，選取隧道埋深為40 cm時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅考慮地層埋深，可得式(8)所示的c關(guān)于z的擬合公式，以及如圖10所示的擬合曲線。由圖10可知：不同埋深處砂土地層損失是不同的，且土體內(nèi)部砂土地層損失要比地表?yè)p失大，因此用地表?yè)p失代替土體內(nèi)部砂土地層損失存在一定的誤差。

(7)

c=exp(0.029 6z+0.001 1z2)

(8)

為驗(yàn)證本文結(jié)論的可靠性，取文獻(xiàn)[15]中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合得到c與z的關(guān)系曲線，如圖11所示，由于試驗(yàn)參數(shù)的不同，擬合函數(shù)與式(6)有所差異，但曲線形式均為指數(shù)形式且發(fā)展趨勢(shì)相同，說(shuō)明本文提出的方法是可用于砂土地層損失的計(jì)算，只是在計(jì)算時(shí)需要根據(jù)具體工程參數(shù)，修正砂土地層損失逆?zhèn)鬟f系數(shù)c的具體函數(shù)形式即可。

圖10　c與z的關(guān)系曲線

圖11取文獻(xiàn)[15]中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的c與z的關(guān)系曲線

圖12為各埋深處砂土地層損失與沉降槽寬度系數(shù)和最大沉降的關(guān)系圖。由圖12可以看出：隨著地層損失的增加，沉降槽寬度系數(shù)為先增大后趨于不變，最大沉降為逐漸增大。

圖12　地層損失對(duì)寬度系數(shù)和最大沉降的影響

通過(guò)上述研究可以看出，若砂土地層損失隨著埋深的增加而增加，那么基于地層損失不變假設(shè)而得出的 “隨著地層埋深的增加，沉降槽寬度系數(shù)不斷減小”的結(jié)論是不合理的，有待修正。

3.3　土體內(nèi)部沉降槽的最大沉降和寬度系數(shù)

選取隧道埋深40 cm時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到歸一化的砂土地層最大沉降與地表最大沉降之比(Smax,z/Smax,0)與地層埋深與隧道埋深之比(1-z/h)間的關(guān)系曲線，如圖13所示。從圖13可以看出：在隧道埋深一定時(shí)，隨著地層埋深的增加，砂土地層最大沉降逐漸增大，且變化速率也逐漸增大。由此可得砂土地層最大沉降的計(jì)算公式為

(9)

圖13　Smax,z/Smax,0與的關(guān)系曲線

基于砂土地層沉降槽曲線的高斯模式，由式(3)、式(4)和式(5)可得

(10)

將式(7)和式(9)代入式(10)可得到不同埋深處砂土地層的沉降槽寬度系數(shù)的理論計(jì)算公式為

(11)

由式(11)可知：沉降槽寬度系數(shù)為關(guān)于隧道埋深和地層埋深的冪函數(shù)；砂土地層沉降槽寬度系數(shù)與隧道埋深成反比，與地層埋深成正比，這對(duì)隨著地層埋深及地層損失的增加，砂土地層沉降槽寬度系數(shù)增大的現(xiàn)象做出了解釋。圖14為本文算法與試驗(yàn)值的對(duì)比，可見(jiàn)基本符合。

最后根據(jù)砂土地層沉降槽服從高斯曲線，得到砂土地層沉降槽曲線的理論計(jì)算公式(12)，實(shí)現(xiàn)不同埋深處砂土地層沉降的計(jì)算。

(12)

圖14　本文算法與試驗(yàn)值的對(duì)比

值得注意的是，上述分析適用于地層沉降服從高斯曲線的情況，而隨著地層埋深的增加，砂土地層沉降模式由高斯曲線形式過(guò)渡到煙囪狀，沉降槽寬度系數(shù)增加到一定數(shù)值后保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，而在寬度系數(shù)范圍內(nèi)沉降仍持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)砂土地層損失的增加起主要作用。那么其過(guò)渡的埋深臨界值和極限的寬度系數(shù)值是值得我們關(guān)注的。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在埋深為15 cm時(shí)砂土地層沉降槽寬度系數(shù)為10.43 cm，接近半隧道寬度，此時(shí)已相對(duì)比較穩(wěn)定；那么在利用上述方法時(shí)，我們可以參考砂性土剪切破裂面的形狀，預(yù)先保守假定臨界寬度系數(shù)為1.25倍的隧道半徑[4,17]，利用式(5)(或式(6))和式(10)反算臨界埋深，則臨界埋深以上部分可以利用上述分析方法對(duì)砂土地層沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4　結(jié)　論

(1)同一監(jiān)測(cè)面上，地表和土體內(nèi)部砂土地層的沉降時(shí)程變化基本一致，隨著開(kāi)挖面的推進(jìn)，各測(cè)點(diǎn)的沉降速度逐漸增加，當(dāng)開(kāi)挖面推進(jìn)至監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，沉降速度達(dá)到最大，隨著開(kāi)挖面的遠(yuǎn)離，沉降速度逐漸減小，至2倍隧道直徑的距離后基本穩(wěn)定；但土體內(nèi)部沉降速度較地表沉降速度大，且隨地層埋深的增加而增大。

(2)砂土地層損失從地表向下以?xún)绾瘮?shù)形式增長(zhǎng)，最大沉降和沉降槽寬度系數(shù)與土體損失表現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)性，且隨著埋深的增加，砂土地層沉降槽曲線由高斯曲線形式過(guò)渡到煙囪狀，沉降槽寬度系數(shù)增加到一定數(shù)值后保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，而最大沉降仍保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)土體損失的增加起主要作用。

(3)針對(duì)高斯沉降模式，建立了地表?yè)p失與不同埋深處地層損失間的聯(lián)系，提出了不同埋深處砂土地層損失的計(jì)算公式，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正了不同埋深處砂土地層最大沉降的計(jì)算公式，進(jìn)而修正了不同埋深處砂土地層沉降槽寬度系數(shù)的計(jì)算公式，最終得到了不同埋深處砂土地層沉降的計(jì)算公式，對(duì)砂土地層隧道安全施工具有一定的參考意義。

[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：[s.n.],1969：225-290.

[2]CHEN R P, ZHU J, WIU L, et al. Ground Movement Induced by Parallel EPB Tunnels in Silty Soils[J]. Tunneling and Underground Space Technology，2011,26(1):163-171.

[3]MCCABE B A, ORR T L L, REILLY C C, et al. Settlement Trough Parameters for Tunnels in Irish Glacial Tills [J]. Tunneling and Underground Space Technology, 2012,27(1): 1-12.

[4]魏綱. 盾構(gòu)法隧道地面沉降槽寬度系數(shù)取值的研究[J]. 工業(yè)建筑,2009,39(12):74-79，109.

(WEI Gang. Study on Calculation for Width Parameter of Surface Settlement Trough Induced by Shield Tunnel [J]. Industrial Construction,2009,39(12):74-79，109. in Chinese)

[5]ATTEWELL P B. Engineering Contract, Site Investigation and Surface Movements [G]//Resendis D, Romo M P. Tunneling Works, Soft-Ground Tunneling Failure and Displacements. Rotterdam:Balkema,1981:5-12.

[6]O’REILLY M P, NEW B M. Settlements above Tunnels in the United Kingdom: Their Magnitude and Prediction[C] //Proceedings of Tunnelling’82 Symposium. London: Institution of Mining and Metallurgy,1982:173-181.

[7]韓煊. 隧道施工引起地層沉降及建筑物變形預(yù)測(cè)的實(shí)用方法研究[D]. 西安：西安理工大學(xué),2007.

(HAN Xuan. Analysis and Prediction of Tunneling-Induced Building Deformations[D]. Xi’an：Xi’an University of Technology,2007. in Chinese)

[8]MAIR R J，TAYLOR R N，BRACEGIRDLE A. Subsurface Settlement Profiles above Tunnels in Clays[J]. Geotechnique,1993，43(2):315-320.

[9]HSIUNG B B C，LU K L. A Bored Tunnel on Kaohsiung Rapid Transit System，Contract CR2[J]. Journal of Geo-Engineering,2008，3(1):33-40.

[10]MOH Z-C, JU D H, HWANG R N. Ground Movements around Tunnels in Soft Ground[C]//Proceedings of International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. London: Balkema A A, 1996: 725-730.

[11]DYER M R, HUTCHINSON M T, EVANS N. Sudden Valley Sewer: a Case History[C]//Proceedings of International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. London: Balkema A A, 1996: 671-676.

[12]韓煊,李寧,STANDING J R. 地鐵隧道施工引起地層沉降規(guī)律的探討[J]. 巖土力學(xué),2007,28(3):609-613.

(HAN Xuan, LI Ning, STANDING J R. Study on Subsurface Ground Movement Caused by Urban Tunneling [J]. Rock and Soil Mechanics, 2007, 28(3): 609-613. in Chinese)

[13]何川,李訊,江英超，等. 黃土地層盾構(gòu)隧道施工的掘進(jìn)試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(9):1736-1743.

(HE Chuan, LI Xun, JIANG Yingchao，et al. Laboratory Test on Shield Tunneling in Loss Strata [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013,32(9):1736-1743.in Chinese)

[14]王忠昶,趙德深,吳會(huì)軍.近距隧道暗挖施工誘發(fā)地層變形規(guī)律的模型試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué),2013,34(6):49-54.

(WANG Zhongchang, ZHAO Deshen,WU Huijun. Model Test Research on the Law of Strata Deformation Induced by Constructing Close-Spaced Tunnel with Subsurface Excavation Method[J]. China Railway Science, 2013,34(6):49-54. in Chinese)

[15]王正興,繆林昌,王冉冉，等. 砂土中隧道施工引起土體內(nèi)部沉降規(guī)律特征的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào),2014,47(5):133-139.

(WANG Zhengxing, MIAO Linchang, WANG Ranran, et al. Physical Model Study on Subsurface Settlement by Tunneling in Sand [J]. China Civil Engineering Journal, 2014,47(5):133-139. in Chinese)

[16]王非,繆林昌,王正興，等. 砂性土中隧道施工引起地層沉降分布特征的模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,33(增1):3327-3332.

(WANG Fei，MIAO Linchang，WANG Zhengxing, et al. Study of Distribution Characteristics of Subsurface Settlement Caused by Tunnel Construction in Sandy Soil [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33(Supplement 1):3327-3332. in Chinese)

[17]康佐,鄭甲佳,謝永利. 淺埋暗挖黃土地鐵隧道施工地層空間變位分析[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào),2014(3):102-109.

(KANG Zuo, ZHENG Jiajia, XIE Yongli.The Analysis of Space Deformation of Shallow Excavation Loess Metro Tunnel[J].Journal of Railway Engineering Society,2014(3):102-109. in Chinese)

[18]ZHANG Z G, HUANG M S. Boundary Element Model for Analysis of the Mechanical Behavior of Existing Pipelines Subjected to Tunneling-Induced Deformations [J]. Computers and Geotechnics, 2012,46: 93-103.

[19]姜忻良，趙志民，李圓. 隧道開(kāi)挖引起土層沉降槽曲線形態(tài)的分析與計(jì)算[J].巖土力學(xué),2004,25(10):1542-1544.

(JIANG Xinliang，ZHAO Zhimin, LI Yuan. Analysis and Calculation of Surface and Subsurface Settlement Trough Profiles Due to Tunneling[J]. Rock and Soil Mechanics,2004,25(10):1542-1544. in Chinese)

[20]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),2010,32(9):1354-1361.

(WEI Gang. Selection and Distribution of Ground Loss Ratio Induced by Shield Tunnel Construction[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010,32(9):1354-1361. in Chinese)

[21]魏綱. 盾構(gòu)隧道深層土體沉降槽寬度系數(shù)計(jì)算方法研究[J]. 公路交通科技,2010, 27(4):110-115.

(WEI Gang. Study on Calculation Method of Width Coefficient of Subsurface Settlement Trough in Shield Tunnel [J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2010,27(4):110-115. in Chinese)