修正的Peck公式在常州地鐵隧道施工地表沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

郭 二 新

(河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

修正的Peck公式在常州地鐵隧道施工地表沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

郭 二 新

(河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

本文以常州地鐵項(xiàng)目部實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行擬合，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)Peck公式進(jìn)行修正，修正參數(shù)為地表最大沉降值和沉降槽寬度。得出了適應(yīng)常州地區(qū)的Peck公式。結(jié)果表明：通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來分析得出地表最大沉降值修正范圍在0.172 4～0.442 3，沉降槽的修正范圍在0.556 4～0.746 1時(shí)，在運(yùn)用Peck公式預(yù)測(cè)盾構(gòu)施工引起的地表沉降時(shí)，和真實(shí)結(jié)果較為接近，且與原始Peck公式相比，預(yù)測(cè)結(jié)果更為可靠。

地鐵隧道；地表沉降；Peck公式；修正系數(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨著社會(huì)的高速發(fā)展，現(xiàn)在城市都在大力修建地鐵，而修建地鐵采用的盾構(gòu)法施工帶來的地表沉降也是值得關(guān)注的問題[1]。目前，盾構(gòu)法施工引起地面變形計(jì)算方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法[2-3]、數(shù)值分析法[4]、解析法[5]、模型試驗(yàn)法[6]等。通過經(jīng)驗(yàn)公式法來進(jìn)行地表預(yù)測(cè)較為簡(jiǎn)單，其結(jié)果和工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本相符，并且在大量的工程案例中得到了驗(yàn)證。但是，原始的Peck公式計(jì)算地表沉降有一定的誤差，要進(jìn)行參數(shù)的修正。當(dāng)前，常州地鐵正在全力建設(shè)，本文通過對(duì)常州地區(qū)地表沉降數(shù)據(jù)分析，對(duì)Peck公式進(jìn)行修正，修正后的公式可為類似工程提供參考。

1 Peck公式的基本理論

Peck 公式是在大量的工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得到的，在此基礎(chǔ)上并認(rèn)為隧道施工中不考慮水的滲流，在隧道開挖之后的形成的沉降槽體積和盾構(gòu)施工形成的地層損失體積一致。開挖形成的沉降槽曲線為正態(tài)分布曲線。橫向槽如圖1所示。Peck公式為：

圖1 地表橫向沉降槽示意圖

(1)

(2)

式中:s(x)為距隧道中線x處的地表沉降值，m；v1為隧道工程單位長(zhǎng)度地層損失，m3；i為地表沉降槽曲線拐點(diǎn)到隧道中心線的水平距離,m；smax為隧道中線處的最大地表沉降值,m。

由于地表測(cè)點(diǎn)沉降值與隧道軸線距離存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，故將Peck公式進(jìn)行線性回歸[7]。

(3)

則式(3)可以簡(jiǎn)化為y=a+bx

由上式可以得到回歸后的smax及i。

2 常州地鐵隧道施工地表沉降預(yù)測(cè)分析

本文以江蘇省常州市地鐵為依托，其隧道采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)法區(qū)間襯砌管片外徑6.2 m，內(nèi)徑5.5 m，隧道頂覆土深度為9.7 m～21.3 m。盾構(gòu)穿越主要地層工程地質(zhì)情況如表1所示。

表1 工程地質(zhì)參數(shù)

2.1 修正的Peck公式

本文根據(jù)在常州地鐵獲取的地表沉降數(shù)據(jù)，通過Peck公式擬合后，并將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，通過分析得出適合本工程的地表預(yù)測(cè)沉降公式。

2.2 工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取

本文選取常州某標(biāo)段科北～科南區(qū)間的典型斷面，地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照設(shè)計(jì)文件要求布設(shè)，橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)每隔50 m布設(shè)一組，工程4個(gè)斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) /mm

2.3 原始的Peck預(yù)測(cè)曲線

通過查看斷面地質(zhì)資料，地層損失率[8]，根據(jù)文獻(xiàn)結(jié)合本工程，取單位長(zhǎng)度地層損失體積，則斷面原始預(yù)測(cè)Peck數(shù)值如表3所示。

表3 預(yù)測(cè)Peck沉降值 /mm

從表3的預(yù)測(cè)值可以看出，原始的Peck預(yù)測(cè)值較大，不符合工程實(shí)際情況。

2.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線和擬合后數(shù)據(jù)曲線對(duì)比

將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4～表7所示。

表4 斷面1實(shí)測(cè)擬合數(shù)據(jù)對(duì)比 /mm

表5 斷面2實(shí)測(cè)擬合數(shù)據(jù)對(duì)比 /mm

表6 斷面3實(shí)測(cè)擬合數(shù)據(jù)對(duì)比 /mm

表7 斷面4實(shí)測(cè)擬合數(shù)據(jù)對(duì)比 /mm

斷面1數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸后得到Smax=11.31 mm,沉降槽寬度i=6.565 m；斷面2數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸后得到Smax=9.48 mm，沉降槽寬度i=6.819 m；斷面3數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸后得到Smax=6.28 mm，沉降槽寬度i=8.367 m；斷面4數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸后得到Smax=4.40 mm，沉降槽寬度i=8.805 m。

通過對(duì)比表4～表7可以看出，擬合后曲線和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線比較吻合，現(xiàn)對(duì)原始Peck公式增加兩個(gè)修正系數(shù)，使其可以在常州盾構(gòu)施工地表沉降預(yù)測(cè)中應(yīng)用。修正后的Peck公式為:

(4)

式中：α為地表最大沉降修正系數(shù)；β為沉降槽寬度修正系數(shù)。

轉(zhuǎn)換為線性函數(shù)后得到：

(5)

將計(jì)算出來的α、β作為Peck公式的修正系數(shù)，可以很好地預(yù)測(cè)斷面沉降，較修正前的公式預(yù)測(cè)結(jié)果有了很大提高。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)根據(jù)Peck公式，計(jì)算了地表沉降的理論沉降值。

(2)根據(jù)地鐵隧道開挖監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，對(duì)Peck公式進(jìn)行修正，地表最大沉降修正系數(shù)在0.172 4～0.442 3，沉降槽寬度系數(shù)在0.556 4～0.746 1，得到修正后的預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果更為接近。

(3)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)僅為地鐵某標(biāo)段，具有一定的局限性，但可以用類比的方法預(yù)測(cè)其它標(biāo)段地表沉降，可以達(dá)到預(yù)期效果。

[1] 王夢(mèng)恕.21世紀(jì)我國(guó)隧道及地下空間發(fā)展的探討[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004,1(1):7-8.

[2] 沈培良，張海波.上海地區(qū)地鐵隧道盾構(gòu)施工地面沉降分析[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2010,31(11):556-559.

[3] 周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[4] 鄭淑芬.盾構(gòu)隧道施工地表沉降規(guī)律及控制措施[D].湖南：中南大學(xué)，2010.

[5] 黎春林，繆林昌.盾構(gòu)隧道施工土體塑性區(qū)解析法研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,03:402-408.

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[7] 姚愛軍，趙強(qiáng)，管江，等.基于北京地層地鐵隧道施工的Peck公式的改進(jìn)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010,6(4)：789-73.

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Application of Modified Peck formula to Prediction of Ground Settlement in Changzhou Metro Tunnel Construction

GUO Erxin

(Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)

In this paper, based on the measured data of Changzhou metro project, mathematical method is used to fit and combines the measured data to revise the Peck formula. The correction parameters are the maximum settlement of the ground surface and the width of the settlement trough. The Peck formula, which is adapted to Changzhou area, is obtained. The results showed that the use of Peck formula to predict the surface settlement caused by shield construction. The actual data analysis shows that the maximum surface settlement correction in the range of 0.172 4～0.442 3, settling tank correction in the range of 0.556 4～0.746 1. Real results and the original Peck formula are compared. And prediction results is more reliable.

subway tunnel；surface subsidence；Peck formula；correction coefficient

10.3969/j.issn.1674-5403.2017.04.009

TU93

A

1674-5403(2017)04-0037-04

2017-08-27

郭二新(1991-)，男，河南焦作人，在讀碩士研究生，主要從事巖土地下方面的研究.