Peck法計算的盾構隧道地面沉降量及沉陷槽計算公式

1、名師精編優(yōu)秀資料8. 1. 4地層變形預測與分析通常設計階段的地面沉降預測方法可分為兩類，一是根據(jù)實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法 Peck公式是其典型代表：二是采用有限元和邊界元的數(shù)值方法。采用Peck法計算的盾構隧道地面沉降量及沉陷槽計算公式如下式；其沉陷槽橫向 分布見圖。-X最大曲率點W反彎點固S3 =2R2xS(x) S max exp( - r )2i2i2 tg 45 2Z式中：v 地層損失（地表沉降容積）；i沉降槽曲線反彎點；Z隧道中心埋深根據(jù)本標段的地質條件和埋深等，得i=6.9m,由此根據(jù)以往的工程實踐及經(jīng)驗公式， 沉陷槽寬度B"5i，可得單個隧道盾構推進引起的地表橫向沉陷槽寬度

2、約為35m，兩座隧道盾構推進引起的地表橫向沉陷曲線疊加后其沉陷槽寬度約為50m，并且沉陷槽的主要范圍在隧道軸線兩側6m范圍內，離軸線3m的沉降量約為最大沉降量的60%70%, 離軸線6m的沉降量約為最大沉降量的25%。地層損失V值主要是由盾尾空隙引起的土體損失量，它與盾構機盾殼厚度、盾構推進時粘附在盾構上的土體厚度及注漿量等有關，即V=V尾+V粘-V漿盾構推進時粘附在盾構鋼板上的土體厚度約為2040mm，盾殼厚度為70mm，貝V=V 尾 +V 粘-V 漿=1.36+0.58 a -(1.36+0.58) Ba為折減系數(shù)，B為同步注漿的充填系數(shù)。取a =0.6 B =0.5 得 V=0.73m2

3、由此可得地表最大沉陷值：Smax=23.4mm最大斜率：Qmax=0.0013以上分析值主要是在以往工程經(jīng)驗基礎上結合本地鐵盾構標段的實際情況，隧道埋深16m左右情況下得出的，最大沉降量滿足規(guī)范和標書要求。雖然地表沉降形態(tài)是大體相同或相似的，但其最大沉降量總是隨著施工工況和地質 條件的改變而千差萬別，目前控制沉降的主要手段是同步注漿和二次注漿，而注漿的環(huán) 節(jié)常有各種各樣的問題發(fā)生，如缺量、過量、滯后、漏漿等等，不同的沉降情況常是施 工工況和工作狀態(tài)的反映，同時不同的地質條件沉降亦有所不同，如粉砂土較粘土隆降 起量要少，沉降速率要快，淤泥質粘土后期固結沉降則要大點。以上這些都要求盾構施 工時要加

4、強監(jiān)測工作，以隨時了解地面沉降信息，以便及時采取有效措施，以達到控制 沉降和減少損失的目的。8. 2理論分析施工引起的地面沉降和圍巖變形，理論分析通過地層一結構模型模擬計算，本次計 算采用有限元單元法，利用2D-c計算程序模擬計算。8. 2. 1計算模型因隧道是一個狹長的建筑物，縱向很長，橫向相對尺寸較小。隧道計算可以取中間 每延米隧道，作為平面應變問題來近似處理。隧道模擬計算模型采用平面應變模型，計5倍左右為計算域算范圍上取至地面，下部和橫向取隧道洞徑的 計算采用2D- c程序進行模擬計算分析。 計算結構模型和單元網(wǎng)格圖如下圖所示。計算工況選取區(qū)間 中、粗砂層及圓礫層。DK19+700.00

5、0 地段MM隧道埋深16.7m，區(qū)間盾構穿越的地層為MMMM M8. 2. 2屈服準則有限元法用于求解巖土工程問題主要有兩點特殊的地方，一是采用的破壞準則不 同，一是對施工過程的模擬。對巖土工程材料，可以近似看作MohrCoulomb體,因此在計算中采用主應力空間下的MohrCoulomb屈服準則：f c ntg( a)其物理意義是，當巖土體中一點在某個面上的剪應力達到c+cntg©時，該點將發(fā)生剪切破壞。用主應力表示，則可寫為(13) 2c cos ( 13)sin(b)在編制程序時，為與其它屈服準則統(tǒng)一起來，可將它以不變量的形式表示出來，即rF sin m V J2 cosTsi

6、n sin c cos 0P3(c)c m三個正應力的平均值；J2、J3應力偏量的第二、第三不變量。8. 2. 3有限元數(shù)值分析結果最終變形狀態(tài)見下“位移網(wǎng)格圖”，最大沉降量為11.mm,雙洞施工后沉降槽寬度為42m,沉降槽曲線最大坡度為1.14%。8. 3控制地層變形保護建筑物的措施根據(jù)投標書的要求，沉降量一般控制在 +10/-30mm之間，施工中可采取以下措施。1）盾構前方的隆陷控制地表隆起的主要原因是盾構正面對土體的推應力大于原始側向地應力，因此在實時監(jiān)測的情況下可以根據(jù)地表隆起狀況調整推進速度及出土量，降低正面土倉壓力達到降低地表隆起的目的。地表沉降過大則是由于開挖面推力小于原始應力而

7、引起的，應通過 調整推進速度及減少出土量，提高正面土倉壓力方式來控制沉降。2）盾構通過時的沉降控制這一沉降是無法避免的，但是如果沉降超限可以采取控制掘進速度和出土量，調整 土倉壓力，控制同步注漿的壓力及注漿量，從而達到有效控制地層的彈塑性變形。保持盾構開挖面的穩(wěn)定，防止地層失水。主要通過掘進速度和出土量等參數(shù)的控制， 保證工作面的合適壓力，施工中要避免地層失水，尤其在斷層破碎帶應通過向工作面加 注澎閏土漿或泡沫保持好土壓平衡，防止在敞開、半敞開狀態(tài)下出現(xiàn)涌水突泥發(fā)生，必 要時可加氣壓施工。3）固結沉降的控制盾構通過后，由于應力松弛影響，地層還會發(fā)生固結沉降，為此應根據(jù)地面實時監(jiān) 測結果進行實時

8、控制，在管片襯砌背后實施二次注漿，尤其對拱部120°范圍進行地層固結注漿是非常重要的。主要控制參數(shù)為注漿量和注漿壓力。二次（或多次）壓漿是彌補 同步注漿不足，減少地表沉降的有效輔助手段，可使盾構在穿越建筑物、道路、地下管 線時，大大降低地面沉降。4）信息化管理本標段區(qū)間隧道穿越地上建筑物較復雜，建筑物的基礎型式、埋深等情況無具體資 料。為保證地面建筑物的安全，如我單位中標后將對沿線建筑物基礎進行深入調查，避 免工程的不可預見性。在建筑物設置系統(tǒng)的觀測網(wǎng)，進行變形監(jiān)測并及時反饋信息，作到信息化施工。根據(jù)建筑物的結構類型及對沉降的敏感程度、沉降的允許值，制定建筑物及地面變 形警界值。根據(jù)反饋信息，及時進行跟蹤注漿或補充注漿。5）其它措施盾構在曲線推進、糾偏、抬頭或叩頭推進過程中，實際開挖斷面不是圓形而是橢圓, 從而會引起附加變形，此時應調整掘進速度與正面土壓，達到減少對地層的擾動度和減 少超挖的效果，從而減少地層的變形。盾構