寧波軟土盾構(gòu)隧道施工地表沉降研究

王冠東

（中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司 江蘇省蘇州市 215000）

0 引言

軟土地層中的工程開展形式主要以盾構(gòu)隧道工程為主，而工程的安全順利開展則主要依賴于對(duì)盾構(gòu)隧道施工引發(fā)的地表沉降數(shù)值和分布情況進(jìn)行正確研究。隧道掩埋深度、地層情況、工程施工中應(yīng)用的技術(shù)等是影響地表沉降的主要因素，而工程測(cè)量數(shù)據(jù)卻可以受到多種因素的影響，因此，需要對(duì)工程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，從而對(duì)盾構(gòu)隧道施工引發(fā)的地表沉降規(guī)律進(jìn)行科學(xué)研究。

1 利用Peck公式分析地表沉降與深埋

1.1 沉降槽寬度系數(shù)的取值計(jì)算

Peck地表沉降的計(jì)算主要與三個(gè)系數(shù)有關(guān)，即Sx-與隧道軸線保持X距離的地表沉降值，單位為mm；Smax-地表沉降值（隧道軸線處），單位為mm；i-地表沉降槽呈現(xiàn)的曲線的拐點(diǎn)處至隧道軸線的長(zhǎng)度，單位為mm。由這三個(gè)系數(shù)構(gòu)成的Peck地表沉降公式為：Sx=Smaxexp{-x2/2i2}（式1）。眾多研究者通過對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行研究，并結(jié)合模型模擬實(shí)驗(yàn)，為沉降槽寬度系數(shù)的取值計(jì)算指出了意見，以及計(jì)算所適用的條件[1]。

例如，當(dāng)來源為Peck時(shí)，想要對(duì)沉降槽的寬度系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，就需采用公式：i/R=[H/（2R）]n，（n=0.8～1.0），且這一公式可適用于對(duì)各類土層的計(jì)算。當(dāng)來源為L(zhǎng)oganathan，Poulos時(shí)，就需采用公式：i/R=1.15[H/（2R）]0.9，這一公式僅適用于對(duì)黏性土層的計(jì)算。當(dāng)來源為Atkinson，Potts時(shí)，就需采用公式：i=0.25（1.5H+0.5R），這一公式僅適用于對(duì)密實(shí)、超固結(jié)黏土的計(jì)算。以上提到的計(jì)算公式都是在對(duì)寧波地區(qū)或?qū)幉ㄌ囟ǖ貙拥膶?shí)例進(jìn)行分析，從而總結(jié)出的，寧波地區(qū)的沉降槽寬度系數(shù)的取值計(jì)算可以此為依據(jù)。

1.2 沉降槽寬度系數(shù)與掩埋的關(guān)系

寧波地鐵中的很多區(qū)間隧道由兩條盾構(gòu)隧道構(gòu)成，盾構(gòu)機(jī)外徑的長(zhǎng)度在6m左右。利用上文提到的沉降槽寬度系數(shù)計(jì)算公式，對(duì)地表沉降槽寬度系數(shù)，特別是不同隧道中心線下的這一系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可分析得出沉降槽寬度系數(shù)與掩埋的關(guān)系。

例如，當(dāng)隧道中心線埋深一定時(shí)，采用Peck（n=0.9）公式對(duì)沉降槽寬度系數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，和采用Loganathan，Poulos公式對(duì)沉降槽寬度系數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，得出的沉降槽寬度系數(shù)是不一樣的，采用Loganathan，Poulos公式計(jì)算得出的這項(xiàng)系數(shù)要比采用Peck（n=0.9）公式計(jì)算得出的大，但這兩組系數(shù)與相對(duì)應(yīng)的隧道中心線埋深的關(guān)系卻都是隧道中心線埋深增加，則沉降槽寬度系數(shù)增加。即若隧道尺寸不變，則可利用Loganathan，Poulos公式，Peck（n=0.9）公式等對(duì)隧道埋深變化影響沉降槽寬度系數(shù)的情況進(jìn)行分析。

1.3 隧道軸線地表沉降與掩埋深度的關(guān)系

將地層損失率定為一定數(shù)值，并結(jié)合Peck關(guān)于橫斷面地層損失與沉降槽面積相等的推論，對(duì)橫斷面地層損失進(jìn)行計(jì)算，可得出有關(guān)隧道軸線地表沉降的公式，公式為：Smax=Vi/2π （i式2）。在得出這一公式的基礎(chǔ)上，利用該公式對(duì)隧道軸線地表沉降進(jìn)行計(jì)算，并利用上文提到的沉降槽寬度系數(shù)計(jì)算公式對(duì)不同隧道中心線掩埋下的沉降槽寬度系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，便可得出隧道軸線地表沉降與掩埋深度的關(guān)系[2]。

例如，當(dāng)隧道中心線掩埋深度一定時(shí)，采用Peck（n=0.9）公式計(jì)算得出的軸線地表沉降的數(shù)值要比采用Loganathan，Poulos公式計(jì)算得出的該項(xiàng)數(shù)值大。而在隧道中心線掩埋深度與軸線地表沉降的關(guān)系上，盡管采用的公式不同，但總體的關(guān)系趨勢(shì)卻相同，即軸線地表沉降隨隧道中心線掩埋深度的升高而降低，且呈近似冪函數(shù)關(guān)系趨勢(shì)。

2 實(shí)際檢測(cè)案例分析與參數(shù)修正

2.1 案例情況

對(duì)寧波軟土地層2個(gè)不同區(qū)間的隧道工程進(jìn)行實(shí)地考察，并對(duì)其中的18條橫斷面地表沉降測(cè)線進(jìn)行研究，考察的內(nèi)容主要涉及：隧道內(nèi)外徑尺寸、不同斷面隧道中心線掩埋深度、檢測(cè)地點(diǎn)地表沉降數(shù)值等。

區(qū)間隧道內(nèi)外徑的長(zhǎng)度均在6m左右。18條斷面隧道所穿越的地層主要有黏土、粉砂等。這些地層的密度在16.7～18.1g/cm3范圍內(nèi)，黏聚力在7.0～16.0kPa范圍內(nèi)，摩擦角在11.5°～28.5°范圍內(nèi)，壓縮模量在2.4～7.0MPa范圍內(nèi)。

2.2 實(shí)際檢測(cè)擬合值和計(jì)算值的比較

參考劉建航提出的有關(guān)土層參數(shù)會(huì)影響到沉降槽寬度計(jì)算公式的觀點(diǎn)，可以將沉降槽寬度系數(shù)的實(shí)際檢測(cè)擬合值與上文中提到的兩個(gè)沉降槽寬度系數(shù)i的公式，即進(jìn)行比較，從而得出Peck公式中的建議計(jì)算方法的計(jì)算數(shù)值與實(shí)際檢測(cè)擬合值相比會(huì)明顯大很多的結(jié)論。若將Peck公式算法應(yīng)用到寧波軟土盾構(gòu)隧道施工地表沉降的案例中，就需要意識(shí)到這種算法只適用于體現(xiàn)掩埋深度對(duì)沉降槽寬度系數(shù)所帶來的影響，而當(dāng)處在不同的地層條件時(shí)，即便掩埋深度是同樣的，沉降槽的寬度也不可能相等。未能對(duì)地層條件進(jìn)行考慮是這種計(jì)算方法存在的一個(gè)缺點(diǎn)。但盡管如此，聯(lián)系這一計(jì)算方法還是可以對(duì)沉降槽寬度系數(shù)的實(shí)際檢測(cè)的擬合值與隧道中心掩埋深度的關(guān)系進(jìn)行分析，并繪制出相關(guān)的散點(diǎn)圖。

軟土地層盾構(gòu)隧道的工程的開展會(huì)引發(fā)橫斷面地表的沉降，而對(duì)沉降槽寬度系數(shù)進(jìn)行計(jì)算可采用公式：i=[R+Htan（45°）]/n。該公式中的n為系數(shù)，一般在計(jì)算時(shí)取2～3。這種計(jì)算方法在考慮到隧道掩埋深度與尺寸變動(dòng)的基礎(chǔ)上，從摩擦角的角度出發(fā)，對(duì)地層條件的變化也進(jìn)行了考慮。

3 總結(jié)

總而言之，能夠?qū)Χ軜?gòu)隧道施工產(chǎn)生擾動(dòng)影響的因素有很多，并且這些因素是很難被精準(zhǔn)計(jì)算的。本文對(duì)計(jì)算沉降槽寬度系數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行了研究，而這一計(jì)算方法是在人為假定的基礎(chǔ)上完成的，需要在日后通過結(jié)合更對(duì)工程實(shí)例，進(jìn)行進(jìn)一步的完善。