对于城市地铁隧道施工引起地面沉降问题论文

城市隧道建设对地表沉降的影响研究随着城市化进程的不断推进，城市交通拥堵等问题日益凸显。

城市隧道建设作为缓解交通压力的一种重要手段，受到了广泛关注。

然而，隧道的施工和运营可能会引起地表沉降，给城市环境和建筑物安全带来一定影响。

因此，对城市隧道建设对地表沉降的影响进行研究具有重要意义。

一、隧道施工对地表沉降的影响1. 地下开挖引起土体变形在隧道施工过程中，地下开挖是不可避免的。

土体受到挖掘作用，会发生弹性和刚性变形，导致地表沉降。

开挖深度、土层性质和地下水位等因素都会影响沉降的程度和范围。

因此，在进行隧道施工前，需要进行详细的勘察和地质资料分析，以便合理预测沉降量。

2. 支护系统对土体稳定的影响为了保证隧道施工过程中的土体稳定，需要采取支护措施，如预应力锚杆、喷射混凝土衬砌等。

这些支护系统的施工会带来一定的土体变形，从而导致地表沉降。

因此，在设计支护系统时，需要考虑施工对地表沉降的影响，采取合适的技术措施减少沉降量。

二、隧道运营对地表沉降的影响1. 地下水位变化引起沉降隧道运营中的排水活动可能会改变地下水位，进而影响土壤的孔隙水压力。

水压力变化将导致土体体积发生变化，从而引起地表沉降。

因此，合理管理隧道排水，控制地下水位变化，对减少地表沉降起着重要作用。

2. 车辆荷载引起地表沉降隧道的车辆荷载对地表也会产生一定压力，进而引起地表沉降。

随着隧道使用量的增加，载重量也会增大，从而进一步加剧地表沉降。

因此，在设计隧道时需要考虑到车辆荷载对地表沉降的影响，采取合适的技术措施减少沉降量。

三、减小城市隧道建设对地表沉降影响的措施1. 地质勘察和设计阶段从源头控制在隧道建设之前，进行详细的地质勘察和岩土工程评价，准确了解地下岩土条件和地下水位变化趋势。

在设计阶段通过合理的隧道布置和施工方法选取，可以降低地表沉降风险。

此外，还应考虑地下水的管理和控制，减小地下水位变化对地表沉降的影响。

2. 施工过程中采取合理的支护措施在隧道施工过程中，采取合理的支护措施可以减少土体变形引起的地表沉降。

地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着我国地铁建设的不断发展，在地下工程施工中人们越来越重视盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物的影响,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估。

本文论述了peck横向沉降槽经验公式，并与相关工程相结合深入探讨了盾构掘进法施工隧道对地表沉降影响，并提出相关建议。

关键词：盾构法施工、地表沉降、分析中图分类号：tf351文献标识码： a 文章编号：一、前言现阶段，盾构法施工已成为国内城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。

和其他施工方法一样，由盾构法施工导致的地表沉降及对周围环境产的影响是盾构法施工的一个重要问题。

目前国内外专家学者对隧道施工引起地表沉降的预测方法主要有：经验公式法、模型试验法、数值分析法、理论预测法等。

在实际工程中主要是以建立在实测数据基础上的经验公式法为主，但是这种方法大都局限于预测地表面处的位移，在指导施工中具有很大的局限性。

而数值模拟法能动态反应盾构推进过程中土层中各点变形随时间的变化情况，而且可以对影响地表的许多因素进行直观的分析。

二、peck横向沉降槽经验公式沉降计算中最经典、常用的公式是peck公式。

peck认为,不排水情况下隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积；地层损失在整个隧道长度上均匀分布,隧道施工产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线(如下图1)。

横向地表沉降的预估公式以及最大沉降量的计算公式为：式中:s(x)为距隧道中心轴线为x处的地面沉降,m； i 为地表沉降槽宽度,即曲率反弯点与中心的距离,m；smax为隧道轴线上方地表最大沉降量,m；vl为盾构隧道单位长度的地层损失量,m3/ m。

图 1地表横向沉降分布曲线反弯点i处的沉降量s≈0.61smax,最大曲率半径点的沉降量s ≈0.22smax。

沉陷槽断面积a≈。

想要预测地面沉降量,必须先估计出地层损失量。

在工程实践中,地层损失量与盾构种类、操作方法、地层条件、地面环境、施工管理等因素有关,一般难以正确估计。

地铁盾构隧道施工地表沉降的研究吴家赵【摘要】地铁盾构施工技术具备了智能、快捷、安全与地层适用性较广等诸多特征。

在我国城市地铁工程项目的建设过程中，地铁盾构施工法得到了较为广泛的应用。

然而这种施工方法会受到项目工程的地质条件的影响，在掘井的过程中，也会受到人为控制的影响，可能会造成地表的沉降。

笔者从分析隧道施工地表沉降的具体发展情况入手，提出了控制施工地表沉降的科学措施，最后以某工程为例进行分析研究。

%Subway shield construction technology has characteristics of intelligent,quick, safe, and has stratigraphic wide applicability etc. In the construction of city subway project in China, the subway shield construction method has been widely used. However, this construction method will be influenced by geological conditions of project, and may also be affected by the artificial control in the sinking process, thus cause the surface subsidence. The author firstly analyzes the development situation of surface settlement of tunnel construction, then proposes scientific measures to control the surface subsidence, and conducts the analysis research with an example of a project.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2014(000)017【总页数】2页(P119-120)【关键词】盾构法;隧道施工;地表沉降;地铁工程;有效对策【作者】吴家赵【作者单位】中交隧道工程局有限公司，西城100088【正文语种】中文【中图分类】U4550 引言隧道技术的进一步发展，使得盾构隧道逐渐成为了繁忙闹市区或是软弱岩土层地下工程项目施工的重要施工措施。

地铁隧道施工中的地面沉降影响分析与控制地铁隧道施工是现代城市建设中一项重要而复杂的工程。

隧道施工过程中的地面沉降问题一直备受关注，因为地面沉降对于城市的稳定性、安全性以及地下管道等基础设施的影响不容忽视。

本文将从地面沉降的影响机理、分析方法以及控制措施等方面进行探讨。

地面沉降的影响机理主要与隧道开挖所引起的土体变形有关。

隧道开挖会导致地下土体的应力重分布，造成土体的加固、排水能力下降，从而导致地面沉降。

此外，施工期间的振动、地下水位变化等因素也会对地面沉降产生影响。

为了全面评估地面沉降的影响，需要进行综合性的地质勘探及隧道工程参数的测量和分析。

分析地面沉降的影响，需要从建筑物、地下管线及地表设施等方面进行综合考虑。

首先，对于地铁沿线的建筑物而言，地面沉降可能会导致其结构的破坏，特别是老旧建筑物更容易受到影响。

因此，在施工前需要对沿线建筑物进行详细的结构安全评估，以确定其是否需要进行加固或者拆除重建。

其次，地下管线也是受地面沉降影响的重要对象。

地铁隧道施工可能会对地下管线造成挤压、位移等影响，从而影响管线的正常运行。

为了保证地下管线的安全运行，我们需要在施工前进行管道的定位、检测以及加固，以降低地面沉降对其的影响。

另外，地面沉降还可能对地表设施造成影响，如道路、桥梁等。

沉降导致的地表变形可能破坏道路的平整性，影响交通的通行。

因此，在施工前需要进行道路的检测和评估，并采取适当的措施来保证道路的安全和顺畅。

为了控制地面沉降的影响，在隧道施工过程中，我们可以采取多种技术措施。

首先，合理选择施工方法和工艺，以减小地面沉降的发生。

例如，可以采用盾构机等地铁隧道施工专用设备进行施工，减少地面开挖量和振动。

其次，需要加强监测和测量工作，对地面沉降进行实时的监控和分析。

通过监测数据的收集与分析，可以及时发现地面沉降的异常情况，并采取相应的措施进行调整和修正。

此外，在地铁隧道施工中，还需要进行土体加固和排水处理工作，以提高土体的稳定性和排水能力，减小地面沉降的发生。

浅谈城市地铁隧道施工引起的地面沉降雷亚军摘要：本文着眼于城市地铁隧道施工引起的地面沉降问题展开探讨，笔者结合个人在这方面的一些实践工作经验提出几点思考，希望参阅者提出修改意见。

关键词：城市地铁；隧道施工；地面沉降经济技术的不断发展使得人们在地表的活动范围愈来愈小，特别部分大型城市出现之后，能够利用的土地更是少之又少，如此，为了能够满足人们的交通需求，道路交通的发展开始逐渐延伸到地下，也就进一步促进了铁路隧道的发展，然而，为了能更好的促进和保证铁路隧道朝着更好的方向发展，对于地表产生的地面沉降问题，我们需要结合一些必要的措施来对其进行整治。

一、地表沉降分析(1)地表沉降对房屋的基础的影响地表隧道在开挖过程中，所产生的对于地表房屋的作用除了水平方向的力之外，又涵盖了竖直方向的作用力，但是对于房屋而言，其基础仅作为承载竖直方向的力，不可以承载水平方向的力。

所以，地基遭受破坏的过程当中其主要的作用力即水平方向的作用力。

(2)地表沉降使得房屋地基的承载能力降低在开挖隧道时，掘进头会使得周围的土层持续性松动，然后会使土层变得松软，导致房屋地基的承载能力降低。

所以，施工当中应该尽可能使得震动松土减少，而且这一步是极其有必要的。

(3)地表沉降将会对房屋的上层结构造成不可逆转的损伤地下施工会对地表建筑物产生一定程度的作用力，但这种作用力往往很不规则，如此会使得建筑物整体出现不规则的形变，导致建筑物失去重心，并且导致坍塌。

二、城市地铁隧道施工引起的地面沉降的原因在施工过程中会给周围环境带来一个很严重的问题，此即为地面沉降。

它会导致许多后果出现，轻一些地面会发生变形，严重一些就会导致坍塌，倒塌通常会导致包含供热管道内的许多主要管线出现毁坏，同时也会造成污水或者其他废水上溢的现象。

不仅如此，地铁施工过程中要对这些管道进行固定或加固处理，而且也很有可能改变它们的通道。

同时，如果施工时经过桥梁设施时，此时桥梁的基础往往比较容易在挖掘隧道时变得松动，从而引发沉降。

城市地铁隧道施工引起地面沉降问题探析随着国家社会与经济的迅猛发展，我国城市的交通业也随之不断开拓与发展，随着地面空间的不断占据与近于饱和的使用，地下空间的开发与利用逐步被得到重视与创建。

盾构法施工是应用较为广泛的一种隧道施工法，由于地铁隧道的不断开发与施工，受到施工中各种因素的影响会导致地面发生沉降的问题，为了探讨城市地铁隧道施工引起的地面沉降问题，文章从地层损失、土体固结压密和地表沉降槽系数等三个方面对其进行了探讨和分析。

标签：城市地铁；隧道施工；地面沉降随着我国社会、经济的不断改革与发展，我国的城市交通事业也随之不断发展与建设，而城市地面交通的建设随着建筑群、文化广场、绿化带等的建设在扩建空间上比较有限，因而地下空间的开发逐渐被重视并得到利用。

地铁隧道工程在城市建设中逐步被实施与建设中，在隧道施工中盾构法是全程施工的主导施工方式，它主要是将地面上的施工转移到地下施工，采取地下开凿地道，将传统顶涵施工与桥式盾构法进行综合改革而形成的一种地下实施的建筑施工方式。

但在施工中，由于各种因素会导致城市地面发生沉降的现象，从而对地上楼群建筑、群众安全、各项经济活动等造成一定程度的影响及潜在危机。

不仅引起人民群众的重视，也加大了市政、施工等各相关单位的重视与研讨。

下面文章就城市地铁隧道施工引起地面沉降的几个相关问题进行探讨与分析，具体内容如下。

1 城市地铁隧道施工引起地层损失致地面沉降的问题目前在城市地铁隧道的施工中，主要施行的建筑方法就是盾构法施工，盾构法施工时首先会利用机器将地下地层挖开，将大量土体挖出，在此过程中实际挖出去的土体面积与隧道的实际使用面积是不相符的，因为在施工中由于对地层的破坏会造成其大面积推移并引起沉降的情况。

一般盾构施工初期，被挖的地层因孔隙水压的强度不大，所以应力较小，在刚施工时只会随着盾构施工的变化及施工地点的变化出现小幅度沉降。

而随着施工进度的不断推移，隧道被挖开的面积不断增大，推动力及应力会逐渐增大，从而使地层出现大面积移动或出现地面凸起的现象。

地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析发布时间：2021-04-25T06:33:26.112Z 来源：《防护工程》2021年3期作者：刘涛[导读] 一定要加强对地表沉降问题的监测，从而保证施工质量达到要求。

中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司河南洛阳 471000摘要：城市地铁隧道的施工方法中，盾构法是相对常见的一种，但是因为施工中各种因素的影响，例如施工环境、地质条件等，该方法可能会破坏土体稳定性，引起地表沉降现象，埋下安全事故隐患。

因此，本文将对地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降原因进行分析，希望可以为相关人士提供一些参考价值。

关键词：地铁隧道；盾构法；地表沉降1 工程概况与地质情况龙城中路站至龙平站区间为深圳市城市轨道交通16号线工程三工区第三个区间，位于深圳市龙岗区龙平东路继续向东北，经盛平路、碧新路、下穿龙岗河后沿龙平东路东南向进入龙平站。

沿线主要为中台地和冲洪积平原地貌，地形整体趋势两端低、中间高，局部受龙岗中心城和坪山新区人工改造影响的区域，地形有起伏，地面标高在30至60m之间。

龙龙区间主要穿越粉质黏土层、中粗砂层、高强（95Mpa）微风化石灰岩层。

区间长距离穿越溶蚀、溶洞、软硬不均复合地层（软硬不均不仅体现在断面纵向还存在横向的突变）等不良及特殊地质条件。

区间基岩裂隙发育强烈，地下水较为丰富，单井涌水量超过1000m3/d；裂隙岩溶水主要赋存于灰岩裂隙和溶洞中，承压水头差0.20-7.25m。

2 施工风险和控制对策2.1 盾构法隧道始发到达段龙城中路站始发端结构覆土约11m，左右线所处地层为粉质黏土层右线端头下5m存在岩溶发育，始发端位于平面直线上。

龙平站接收端结构覆土约19m，所处地层为微风化灰岩，接收段位于平面直线上。

存在洞门漏水、密封环板漏浆、岩溶发育可能会栽头等风险。

控制对策：盾构机始发破除洞门前，应进行围护结构背后漏水检测，若发现有漏水、漏砂的现象，立即进行封堵，若漏水情况严重，可用双液注浆，以保证洞门的安全。

地铁盾构隧道施工地表沉降探讨摘要：盾构技术已广泛地应用于软土层的地铁隧道、市政管道等工程领域，其地铁施工引起的地表沉降问题也引起人们的高度关注。

本文就盾构施工引起的地表沉降的原因进行分析，并提出对策。

关键词：地铁盾构；地表沉降Abstract: shield technology has been widely used in soft soil layer metro tunnel, municipal pipeline engineering field, the subway construction of surface subsidence caused by problems aroused people’s concern. This paper will shield tunnel surface subsidence caused by the analysis of the causes, and put forward the countermeasures.Key words: the subway shield; Surface subsidence一、地表沉降的发展过程（1）地表沉降的原因盾构推进引起的地层损失和盾构隧道受到扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。

引起地层沉降的施工及其他因素主要有：开挖面土体移动；盾构后退；土体挤入盾构空隙；改变推进方向；当盾构外周黏附一层黏土时，盾尾后隧道管片外周环形空隙会有较大的增加，如不相应增加压浆量，地层损失必然增加；在土压力作用下，隧道管片产生的变形也会引起少量的地层损失；隧道管片衬砌沉降较大时，会引起不可忽略的地层损失；受扰动土体的固结沉降。

（2）地表沉降发展过程盾构在不同地层掘进时引起的地表变形可分为先期沉降、开挖面前沉降或隆起、盾构通过时沉降、盾构空隙沉降、后期沉降 5 个阶段，其产生的原因与机理如表1 所示。

对于城市地铁隧道施工引起地面沉降问题的探究摘要：盾构施工法作为城市地铁隧道施工的主要工艺和应用技术，与地面沉降有着不可分割的联系。

尽管该种方法已在我国地铁隧道施工中得到了长足的发展，但是在施工工艺、技术和施工中仍然存在问题。

而这些问题因素的存在以及产生的后果，就是引起地面沉降的主要原因。

因此，本文将重点分析盾构施工引发地面沉降的问题因素，以及他们对地面沉降的影响。

关键词：盾构施工；沉降；土层损失；固结压密；盾构埋深；盾构半径Abstract: Shield tunnel as a method for urban subway tunnel construction of main technology and application technology, and ground subsidence has intersected connection. Although the method has set up a file in the tunnel construction in our country has grown rapidly, but in the construction technology, technical and construction problems still exist. And these problems factors and consequences, is the main cause of ground subsidence caused. Therefore, this article mainly focuses on analysis of shield construction by surface subsidence problem factors, and the influence of ground subsidence.Key Words: Shield construction; Settlement; Soil loss; Consolidation pressure dense; Shield buried depth; Shield tunnel radius自20实际60年代，盾构施工法引进我国后，随着我国现代化建设的发展，被广泛地应用到地铁隧道、公路隧道、市政管道等工程领域，并发挥了巨大的功效。

第38卷第2期2008年3月　东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition )V ol 138N o 12M ar .2008城市地铁隧道施工引起的地面沉降缪林昌　王　非　吕伟华(东南大学交通学院,南京210096)摘要:分析了城市隧道施工引起地表沉降的原因,主要包括地层损失和在新的应力状态下土层固结与蠕变方面的原因.通常认为地层损失的体积等于隧道地表沉降槽的体积,而忽略了由于隧道施工降水排水和新的应力状态下土层固结引起的沉降变形.以矿山法施工为例,推导了隧道施工在新的状态下的土体内部孔隙水压消散的公式,进而考虑土体的固结引起的沉降变形.研究成果应用到南京地铁Ⅰ号线鼓楼2玄武门段,根据具体地质条件和矿山法施工的实施进行理论计算分析,结果表明同时考虑地层损失和土体固结变形计算的地表沉降与实测结果吻合较好.关键词:地面沉降;隧道施工;固结;地层损失中图分类号:TU 91;U 21 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2008)022*******Ground surface settle ment due to urban tunnel constructi onM iao L inchang W ang Fe i L üW eihua(School of Transportation,Southeast U niversity,N anjing 210096,China )Abstract:The causes of the g round surface settlem ent due to the urban tunnel construction are ana 2lyzed,w hich includes t w o m ain causes,one is the ground lose,the other is the consolidation and creep of soil layers under new stress state .In general,it is assum ed that the volum e of ground lose during the tunnel construction is equal to the trough vo lum e .This v iew neg lects the effect of dew ate 2ring w ater,drainage of soil layers and the consolidation of so il layers under the new stress state due to the tunnel construction .The pore p ressure dissi p ating for m ula during the tunnel construction is p resented based on the m ining m ethod construction,it can be used to calculate the settlem en t of con 2solidation of so il layers during the tunnel construction .The calculation m ethod has been app lied to the engineering case of the G ulou 2X uanw u section of N o .Ⅰline of N anjing subw ay of C hina .The calculation results of the ground settlem ent are in agreem ent w ith the m easured settlem en ts because the effects of the ground lose and consolidation of soil layers under the new stress state are considered si m u ltaneously .Key words:g round settlem ent ;urban tunnel construction;consolidation;ground lose收稿日期:2007209217.　作者简介:缪林昌(1961—),男,博士,教授,博士生导师,L c .m iao @seu .edu .cn .基金项目:国家自然科学基金资助项目(50478072).引文格式:缪林昌,王非,吕伟华.城市地铁隧道施工引起的地面沉降[J ].东南大学学报:自然科学版,2008,38(2):2932297. 由于在地铁施工过程中不可避免地会产生地层的损失、局部降低地下水位和对地层的扰动,这就必然产生不同程度的地面沉降,从而对地铁施工及周边环境的安全产生不利的影响.在隧道施工中,为避免明挖法带来的大面积拆迁问题,最大限度地减少对沿线居民日常生活和出行的影响,常常采用暗挖施工.隧道矿山法施工因其工程造价明显低于盾构法,尤其在特殊地质地段,以及折返线、渡线、联络通道等复杂断面结构的隧道工程中,矿山法已成为难以取代的方法.但在城市地铁隧道矿山法施工中,如何有效地控制工程质量,确保隧道施工及其周围环境的安全,是地铁施工中必须克服的难题.因此,科学合理地确定地表沉降控制指标,以减轻、避免和消除由于地表沉降产生的不利影响是十分必要的.估计地面变形最主要是受地层损失参数的影响.地层损失分为两阶段:一是不排水的地层损失,这主要是盾构刚刚通过时或者隧道刚刚开挖时所出现的地层损失;二是由于土层固结和蠕变产生的地层损失[1].到目前为止,已有不少关于估计地面沉降(槽)的公式,但这些公式大多只考虑不排水的地层损失,然后进行修正,使得计算值尽可能地接近实测值,并没有考虑土层固结等引起的地面变形.出现这一现象的主要原因在于考虑固结后难度增加了很多,因而如何将固结产生的沉降变形考虑在内始终未能得到很好的解决.本文就南京地铁南北线一期工程鼓楼站2玄武门站区间(鼓2玄区间)隧道采用矿山法施工对周边环境影响进行分析与计算研究.1　地质条件鼓2玄区间隧道全长106316m,为双洞单线隧道,线间距1310～1712m,隧洞覆土厚度8～17m.该隧道穿越地层为:粉质粘土、淤泥质粉质粘土、残积粘土、残积质砂粘土和强2微风化安山岩.地下水水位埋深1120m.钻孔揭示区段土层分布如下:①21杂填土:灰褐杂色,湿,松散,厚度013～211m.①22b223素填土:灰褐色,湿,可塑,以粉质粘土为主.厚度015～115m.②21b122粉质粘土:灰黄色,湿,硬2可塑.厚度312～410m.③2121b2粉质粘土:褐黄灰色,湿,可塑.厚度316～613m.③2221b2粉质粘土:灰黄色,可塑.厚度415～516m.③2222b324粉质粘土:灰褐色,很湿,软2流塑.厚度015～118m.③2222b122粉质粘土:灰色,湿,软2流塑.厚度210～410m.⑤2e残积土:棕红色,湿,可塑.厚度115～516 m.K2p21强风化岩:砖红色,原岩为含砾砂岩,经风化呈砂土状.厚度318～613m.2　理论分析与计算211　基本理论 影响隧道地层移动的因素较多,主要有隧道的埋深和直径、地层的物理力学特性、隧道施工参数、支护结构以及周围环境等.一般认为隧道埋深增加,地表沉降槽的宽度系数将增加,地表沉降的最大值减小[223].文献[2]的结论为i=H2πtan45°-φ2(1)式中,i为沉降槽的宽度系数;H为隧道埋深;φ为土体的内摩檫角.文献[3]的结论为i=kD2HDn(2)式中,n为与地层土力学特性及施工因素有关的常数.式(1)、(2)中前者与隧道直径无关,而后者则相关.从具有一定埋深隧道来看,隧道直径对地表沉降情况的影响相对较小.对于因地铁施工引起的地面沉降变形的研究主要包括这两方面:一是由于地铁施工引起的地面沉降变形量和沉降盆地范围的预测[2,4210],主要基于地面最大沉降量计算公式,并假设地面沉降曲线满足高斯分布.计算公式为s=s m ax exp-x22i2(3)式中,sm ax=V12πi为沉降槽的最大沉降量,V1为地层损失量;x.文献[8]考虑土压平衡,提出盾构施工的控制舱压力的经验公式来控制土体扰动变形.文献[11214]采用随机法来预测地铁施工引起的地面沉降.其计算公式为W(x)=κtanβηexp-πtan2βη2(x-ζ)2dζdη(4)二是由于地铁施工对周边环境的引起危害影响研究[15218].为了更准确地预测隧道施工引起的地面沉降,文献[19]通过高斯函数和屈服密度进行弥补预测公式本身的不足(未考虑固结影响).文献[20]考虑土的本构模型用有限元法计算不同隧道开挖的沉降.212　隧道施工固结理论图1为隧道的埋深横断面示意图.以隧道轴心为圆心,径向坐标系下的固结方程为c v1r55r r5u r5r=5u r5t(5)边界条件为u r r=r=0(6)初始条件为u r t=0=r w(r0+H-h0-rcosθ)(7)式中,ur为隧道开挖引起的径向超静孔隙水压力;c v为隧道上部土层的竖向固结系数;r为以隧道轴心为圆心的径向坐标;t为超静孔隙水压力消散时492东南大学学报(自然科学版) 第38卷间;r 0为隧道半径;H 为隧道埋深;h 0为地下水位深度;θ为径向坐标系中圆心角;r w 为地下水容重.图1　隧道的埋深横断面示意图(单位:m )根据定解条件求解方程(5),得到隧道开挖后的周边孔隙水压力为u r (r,t )=∑∞m =12(H +r 0-h 0)cosθ2[J ′0(μm )]2・r 0(r 0+H -h 0)2/cos θμmJ 1μm (H +r 0-h 0)/cosθr 0-r 0μm3cosθJ 1μm (H +r 0-h 0)/cos θr 0μm (H+r 0-h 0)/cosθr02-J 2μm (H +r 0-h 0)/cos θr 0μm (H +r 0-h 0)/cosθr 0e-c v (μm /r 0)2tJ 0μmr 0r(8)式中,J 2(μm ),J 1(μm )和J 0(μm )分别为μm 的二阶、一阶和零阶贝塞尔函数;μm 为J 0(r )的第m 个零点.隧道开挖引起的固结沉降为s (t,θ)=∫(H +r 0-h 0)/cosθ0m v [u rt =0-u r (r,t )]d r(9)式中,m v 为土的体积压缩系数;s (t,θ)为t 时刻与隧道轴心的夹角为θ的地面由于固结造成的沉降.2.3　计算分析采用Plax is 软件对鼓2玄区间隧道在施工中引起的地面沉降进行分析,同时考虑土层损失和土层固结引起的地表沉降(见表1).对相邻的2个隧道断面的地面沉降进行分析,k 11+295顶部覆土厚8185m ,k 11+300顶部覆土厚8171m.图2为有限元网格图,图3为两断面施工前有效应力分布图,图4为两断面施工后有效应力分布图,图5和图6分别为两断面未考虑和考虑固结的计算沉降分布情况.图7为两断面隧道施工引起的地表沉降曲线,计算结果表明,考虑土体固结变形引起的地面沉降计算结果与实测值比较接近和吻合.表1　模拟计算所用土层参数值类型土层厚/m土容重γsat /(kN ・m-3)水平渗透系数K x /(μm ・s -1)垂直渗透系数K z /(μm ・s -1)弹性模量E/M Pa泊松比ν凝聚力C /kPa摩擦角φ/(°)杂填土013201010101015013025101810素填土11019163226.5817013055101215粉质粘土61020143.90.9371201302117817残积土11319141010514013017181417微风化安山岩2010261010102310012118102010图2　有限元网格划分图3　施工前有效应力分布图图4　施工后有效应力分布图592第2期缪林昌,等:城市地铁隧道施工引起的地面沉降图5　仅考虑地层损失引起地面沉降分布图图6　同时考虑地层损失和土层固结地面沉降分布图图7　沿隧道横断面地表沉降曲线3　讨论由于Peck [2]公式没有与具体施工的岩土体性质密切结合起来,也没有考虑地下水水位变化的影响,预测结果与实测结果总有一定的差距.文献[11]提出的随机法来预测地铁施工引起的地面沉降已取得了较好的实用效果,而将固液两相介质有限元分析和随机介质方法相结合,其本质就是要考虑隧道施工过程中岩土体的固结问题.目前国内很多城市隧道施工采用的是矿山法和新奥法,由于施工是分步进行的,在施工过程中必须要采取井点降水或局部降水,开挖施工喷锚加固还有一个时间间隔,因此在研究分析这类工法的隧道施工的环境效应时就需要考虑岩土体的固结引起的地面沉降和变形.虽然可以通过修正系数来调整设计的地面沉降值,但其准确程度就难以得到保证.因此,本文建议同时考虑地层损失和土层固结引起地面沉降对隧道安全设计是必要的.在实际施工过程中,由于地质条件复杂,施工的影响因素也比较多,还需要研究不同土层固结引起的地面沉降占总沉降量的比例,这对隧道施工设计更显重要.在计算时为了简化,计算过程中没有考虑左右两洞不同步的相互影响,实际上在施工时左右开挖不是同步进行的,开挖过程中必然会出现侧向位移,侧向位移大了也会加大垂向位移.这将在以后的计算分析中加以考虑.隧道施工过程和施工后岩土体的固结变形在地表总沉降中所占的比例在各个工程和各地区都将会有所不同,这与施工对土体的扰动程度、施工的工法、降水井点的布置、降水的速度和当地地下水水文地质条件等多种因素有关,同时也与隧道施工过程中周边所遇到的建筑物安全要求等级有关,对于重要的建筑物、历史文物建筑,必须考虑隧道施工引起的土层固结沉降,还要考虑左右洞室的不同步施工引起的侧向位移对地面沉降的影响,这样可能会更安全.4　结语由于地铁施工降水和施工扰动在新的应力状态下产生固结,本文在进行隧道施工的地面沉降分析过程中同时考虑土层的损失和土层固结,并推导出隧道施工过程中土层孔隙水压消散的公式,可计692东南大学学报(自然科学版) 第38卷算孔压消散引起的沉降变形.通过实测沉降数据对比分析,表明考虑土层固结变形后计算结果与实测结果更为吻合,这对设计和施工防范会更安全.参考文献(References)[1]L oganathan N,Poulos H G.A nalytical p rediction fortunneling2induced ground m ovem ents in clays[J].JG eotech G eoenviron Eng,1998,124(9):8462856.[2]Peck R B.D eep excavation and tunneling in soft ground[C]//P roceedings of the7th Interna tiona l C onferenceon Soil M echanics and Founda tion Engineering.M exico,1969:2252290.[3]A ttew ell P B,Far m er I W.G round defor m ations resul2ting from shield tunnelling in L ondon clay[J].C anG eotech J,1974,11:3802395.[4]M air R J,Taylor R N.B ored tunneling in the urban en2vironm ent[C]//P roceedings of14th Interna tiona l Soil M echanics and Founda tion Engineering.B alkem a,Am sterdam,1997,4:235322385.[5]B obet A.A nalytical solutions for shallow tunnels in sat2urated ground[J].J Eng M ech,2001,127(12):125821266.[6]Einstein H H,Schw artz C W.S i m p lified analysis fortunnel supports[J].ASC E J G eotech Eng D iv,1979,104(4):4992518.[7]Park K H.E lastic solution for tunneling2induced groundm ovem ents in clays[J].Interna tiona l J ourna l of G eo2 m echanics,2004,4(4):3102318.[8]孙钧.盾构隧道施工的土体扰动及其环境稳定与控制[C]//第四届海峡两岸都市公共工程学术暨务实研讨会论文集.上海:上海市土木工程学会,1999:3142 333.Sub Jun.Soil disturbance,environm ental stability andcontrolling under shield tunneling[C]//The4th P ro2ceeding of S tra its U rban U tility Engineering and Engi2neering C ases Sy mposium.S hanghai:Society of C ivilEngineering,1999:3142333.(in C hinese)[9]刘建航.上海软土隧道盾构施工技术专家系统综述[J].地下工程与隧道,1995,5(2):126.L iu J ianhang.R eview s of expert system of soft soil tun2nel construction technology in S hanghai[J].U nder2ground Engineering and Tunnels,1995,5(2):126.(inC hinese)[10]侯学渊,廖少明.盾构隧道沉降预估[J].地下工程与隧道,1993(4):24232.H ou X ueyuan,L iao S haom ing.Settlem ent esti m ating ofshield tunnels[J].U nderground Engineering and Tun2nels,1993(4):24232.(in C hinese)[11]刘宝琛,林德璋.浅部隧道开挖引起的地表移动及变形[J].地下工程,1983,3(7):127.L iu B aochen,L in D ezhang.G round surface m ovem entand defor m ation due to shallow tunnel excavation[J].U nderground Space,1983,3(7):127.(in C hinese) [12]刘宝琛,张家生.近地表开挖引起的地表沉降的随机介质方法[J].岩石力学与工程学报,1995,14(4):2892296.L iu B aochen,Zhang J iasheng.S tochastic m ethod forground subsidence due to near surface excavation[J].C hinese J ourna l of Rock M echanics and Engineering,1995,14(4):2892296.(in C hinese)[13]朱忠隆,张庆贺,易宏传.软土隧道纵向地表沉降的随机预测方法[J].岩土力学,2001,22(1):56259.Zhu Zhonglong,Zhang Q inghe,Y i H ongchuan.S to2chastic theory for p redicting longitudinal settlem ent insoft2soil tunnel[J].Rock and Soil M echanics,2001,22(1):56259.(in C hinese)[14]阳军生,刘宝琛.城市隧道施工引起的地表移动与变形[M].北京:中国铁道出版社,2002.[15]B urland J B.A ssessm ent of risk of dam age to build2ings due to tunneling and excavations invited speciallecture[C]//Interna tiona l C onference on Ea rthquakeG eotechnica l Engineering.B alkem a,R otterdam,1995:118921201.[16]H arris D I,M air R J,L ove J P,et al.O bservations ofground and structure m ovem ents for com pensationgrouting during tunnel construction at W aterloo station[J].G eotechnique,1994,44(4):6912713.[17]H arris D I,M air R J,L ove J P,et al.C om pensationgrouting to control tilt of B ig B en C lock Tow er[C]//G eotechnica l Aspects of U nderground C onstruction inSoft G round.B alkem a,R otterdam,1999:2252232. [18]孙钧.地下工程设计理论与实践[M].上海:上海科学技术出版社,1996.[19]C elestino T B,G om es R A M P,B ortloucci A A.Er2rors in ground distortions due to settlem ent trough ad2just m ent[J].Tunnelling and U nderground SpaceTechnology,2000,15(1):972100.[20]Karakus M,Fow ell R J.Effect of different tunnel faceadvance excavation on the settlem ent by FE M[J].Tunnelling and U nderground Space Technology,2003,18(3):5132523.792第2期缪林昌,等:城市地铁隧道施工引起的地面沉降。