盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的沉降量，即最大沉降量为２４ ｍＩｌｌ． 分别计算距隧道中心线左右１０，２０，３０ ｍ处来
计算地面沉降． 利用公式（１）：
如）一‰·ｅＸｐ（一番）
将‰＝Ｏ．０２４ ｍ代入上式得：
如）＝ｏ．０２４·ｅＸｐ（一南）
则１０ ｍ处的沉降为１８ ｍｍ；２０ ｍ处的沉降为 ７．６ ｍｍ；３０ ｍ处的沉降为１．８ ｍｎｌ．
表１ 隧道开挖周围土体参数
１＇ａｌ＇－１ Ｐ矗ｒａｎ■Ｉｔ既葛ｅ譬ｃａｖａ蜘ｓｏｉＩ ａｒＩｍｄ Ｕ［１ｅ ｔⅡＩｌｎｅＩ
地层厚耋７。蠹鬈。，弹酱脯翟√摩繁∥
圈２有限元模型 ｎ舀２ ｎｎ溉ｅＩ伽嘲ｌｔＩ帅ｄｅＩ 监测断面选在ＤＫ４十２７０，按照盾构机实际推
进来分析地层沉降，每环盾构机推进１．５ ｍ，主要的 模拟顺序就是施加面压力、钝化一环主隧道、激活管 片、钝化盾壳、同步注浆，按照此顺序依次向前开挖．
口］ 刘建航，侯学渊．盾构法隧道［Ｍ］．北京：中国铁道出版 杜，１９９１．
口］ 张金菊．盾构隧道引起土体变形分析研究［Ｄ］．杭州： 浙江大学，２００６．
Ｉ＝Ｉ］ 沈培良，张海波，殷宗泽．上海地区地铁隧道盾构施工 地面沉降分析［Ｊ］．河海大学学报：自然科学版，２００３， ３１（５）：５５６—５５９．
口］ 李永靖，张向东．城市地铁开挖对地表建筑物的影响研 究［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００６，２（８）；１３２６—１３２９．
墨
■
缝
蜉
况ｌ
况ｌＯ
况２０
况３０
隐３ 图ｍ３“＋Ｉ２）７Ｋ０４由＋２７旧０处 ｎｓ横 ｖｅ向 ｒ辩沉删降Ｉ曲洲线ｔ ｃｕｒ僧
不同工况是指在盾构刀盘距监测断面的不同距 离．由图３可知，在刚刚开挖后，也就是工况１，隧道 轴线处沉降为一３．８８ ｍｍ，随着盾构机推进沉降逐 渐变大，但是沉降槽的形状曲线是比较稳定的．工况 ３０是在盾构机刀盘到达ＤＫ４＋３１５时ＤＫ４＋２７０断 面的横向沉降，隧道轴线处最大沉降量达到一２２．２
图５给出ＤＫ４＋２７０、ＤＫ４＋２８０、ＤＫ４＋２９０这 ３个监测断面的实测数据，其图形形状基本符合正 态分布曲线，无论从沉降槽的形状、沉降量都与 Ｐ∞ｋ曲线接近．
星
●
盘
蜉
２７０
２８０
２∞
圈５实测地表沉降曲线
ｎ鲁５ Ｔｋｍ嘲肿ｄ卿刚ｆｈｏｅ麓ｎ蛔嗍ｔ ｃ帆
以上给出的是３个断面的监测数据，中心最大 沉降值分别为２３，２０，１９ ｍｍ，最大值与最小值相差 ２０％．为此将３个断面的实测数据取平均值来考虑 与经验公式计算值和数值模拟值进行比较．
Ｄｌ陀ｔｏ Ｔ岫ｎｅｌ Ｓ址ｅｌｄ Ｃ蛐ｓｔｎ蛇ｔｉｏｎ
ＴＯＮＧ Ｘｕ叫ｕｎｌ，ＹＵＥ Ｐｅｎｇ－ｆｅｉ２， ＬＩＵ Ｃｈｏｎｇ—ｑｉｎ矛 （Ｌ【粕尬Ｒａｉｌｗａｙ跏ｅｎｔｈ ＧｌｏＩｌｐ Ｃ瓯，【ｊｔｄ．，ＺｈｅｎｇｚＩｌｏｕ ４５００１６，【瑚弧，
２．Ｓｃ｝啪ｌ ｏｆ【二ｉ晡ｌ ＥｒｌｇｉＩｌ∞ｒｉｌＩｇ，Ｌａ眦ｈ伽Ｊｉ∞ｔｏＪｆｌｇ ＵＩＩｉｖｅ砖ｉｔｙ，Ｉ埘口ｈ０岫７３００７０，Ｃｌ，ｉ髓）
ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｎ．ｏｕｎｄｉｎｇ ｂｕｉｌｄ． ｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ仇
行比较，３种数据结果的一致性较好．说明了数值计 算在参数选取方面与实际情况比较符合．
３）提出深圳地区砾质黏性土地层中盾构施工 引起的地面沉降在１８～２５ ｍ札横向影响范围在３０ ｍ，在距隧道轴线３０ ｍ范围内的重要建筑物及地下 管线要对其及早进行必要的防护措施，在施工时要 加强监测频率．
参考文献：
［１］李曙光．ＥＰＢ盾构法隧道施工引起的地表沉降分析与 数值模拟［Ｄ］．长沙：中南大学，２００６．
以上３点会引起最终结果的偏差，图７所示偏 差值相对来说是非常小的，这说明实测值、计算值、 模拟值的结果是较准确客观的，能够反映盾构施工 对于地面沉降的影响．
深圳地铁五号线５３０２标段区间盾构大部分在 砾质黏性土掘进，经过对理论与实测数据的分析比 较得出在深圳地层中盾构掘进引起的沉降值应在 １８～２５ ｍｍ之间；同时结合隧道埋深的影响（地铁 区间隧道埋深通常在８～２０ ｍ），认为盾构隧道开挖 引起的横向沉降范围在隧道轴线左右各２５～３５ ｍ 处，因此在施工过程中，如果在隧道轴线３０ ｍ范围 内有重要建筑物及地下管线时要对其及早进行必要 的防护措施．
２）实测值是现场观测取得的数据，现场监测本 身受到一些因素的影响，这些因素对于监测数据都 存在一定的影响，这也使得实测值与计算值、模拟值 产生偏差．
３）数值模拟与计算中涉及到许多参数的选取 问题，其中有些参数是不能通过实验等手段准确取 得其值（如沉降槽面积Ⅵ），只能根据经验来取值， 带有一定的主观性，这也使得最终的结果变动．
目前，对盾构法隧道施工引起的地表沉降分析 及预测的方法主要有：经验公式法、解析法、理论分 析法、模型试验研究、数值分析等．
１经验公式法
Ｐｅｃｋ Ｒ Ｂ．（１９６９）通过对大量地表沉陷数据及
工程资料分析后，首先提出沉降槽近似正态分布的
概念．并认为地层位移由地层损失引起，且施工引起
地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽
ｍｍ．
模型考虑永久荷载作用，包括地层压力、水压 力．考虑地表建筑物自重，于模型基础上表面处施加 均布荷载２０ ｋＮ／ｍ２，模拟中将盾构推进中单位面积 阻力定为３００ ｋＮ／ｍ２，即为盾构千斤顶单位面积推 力，本构模型采用Ｍｏｈｒ—Ｃ０ｕｌｏｍｂ屈服准则．
为了计算与结果提取的方便将坐标系设在地层 土体的左下角（见图２），文中所提到的距离都是以 地层土体左下角的点为坐标原点的．
Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃａｕＳｅｄ ｂｙ ｔｕｎｎｅｌ ｓｈｉｅｌｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ
ｈｌｌｌｕｌ扎ＭＩＤＡＳ（ＧＴＳ）ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｔｈｅ锄ｐｉｒｉｃａｌ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｌｃｕＩａｔｅｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕ已Ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｆｏｍｕｌａ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕＩｎｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ Ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｓｏｏｐｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｄｕｅ ｔｏ
中图分类号：Ｕ４５５．４３
文献标志码：Ａ
Ｏ引言
‰＝老≈燕 ㈣
盾构法以其独特的优势在城市地铁的修建中发 挥着越来越重要的作用，对于盾构施工引起的地表 沉降的研究也一直在进行．英国和其它一些国家早 在２０世纪２０年代就开始重视对“在软弱地层中开 挖隧道产生的地面沉陷和地层变形＂的研究工作．许 多工程技术人员为此进行了大量研究工作，使对地 层运动的预测能力，有了一定的发展，积累了不少控 制由于盾构施工引起的地表沉降的方法．在城市地 铁隧道的兴建中，影响地表沉降的因素很多，地表沉 降的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸和施工方法、 支护方式有关，而且还受工程地质及水文地质条件 的影响．
式中：妒为隧道周围地层内摩擦角；地面沉陷槽宽度 Ｂ≈２．５ｉ．
选取深圳地铁五号线翻身一灵芝公园盾构区 间为背景，隧道中心埋深１９ ｍ，整个隧道在砾质黏 性土层中掘进，砾质黏性土９取３０。；由式（３）计算可 得沉降槽宽度系数ｉ＝１３．２ ｍ，取Ⅵ≈ｏ．８ ｍ２，由
式（２）得‰＝２４ ｍｍ．这样就得出隧道中心处地面
４结语
结合深圳地铁五号线５３０２标段的实测数据，与 数值计算模拟结果进行比较得到在深圳地区进行盾 构法施工的横向沉降的一些规律：
１）深圳地区施工期间造成的横向地表沉降槽 符合经典Ｐｅｃｋ公式对沉降分布形态的预溅，也呈正
万方数据
第１期
童学军等：盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
态曲线的分布形式． ２）将实测沉降数据与数值模拟计算的结果进
Baidu Nhomakorabea
收稿日期：２０ｌｏ－１０＿０９ 作者简介：童学军（１９６５－），男，河南汤阴人。高级工程师．
万方数据
第１期
童学军等：盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
８７
《Ｋ７
图１ 经验公式计算地表沉降曲线
№ｌ ＥⅡＩ州ｃａｌ ｆ０舢ｈ协ｃａｌ四№ｔｈｅ ｓＩＦ融
ｓ酣：ｔｌ哪籼ｔ亡珊ｒｖｅ
由图１可知，沉降集中发生在隧道轴线两侧２０ ｍ范围内，约占整个沉降的８０％．
摘要：通过对盾构施工所引起的地表沉降进行７经验公式的计算，并利用有限元软件ＭｍＩＡＳ（Ｇ，ｒｓ）进行了施工
阶段的数值模拟，将计算值、模拟值与现场实溯值进行了比较，并对于经验公式与数值模拟的结果合理性进行了验
证．提出盾构隧道施工的横向影响范围，对于周围建筑环境保护和施工安全有指导意义．
关键词：盾构施工，经验公式；数值模拟；实测数据
无论从沉降影响范围，沉降量来看计算值、模拟 值、实测值的一致性很好，误差完全在工程允许的范 围内．造成误差的原因有以下几个方面：
量
●
盘
嚣
值
值
值
图７ ３种地表沉降结果的对比
啦７ Ｃｌ硼舯椭－０ｆｔＩＩ瞅ｋｉＩ豳０ｆ鲫ｒｆ酶
翻叫随婚出骶ｎ嚣吡
１）实测值是在盾构通过后一段时问采集的数 据，未考虑土体后续的固结与次固结对最终沉降量 的影响，导致实测数据在沉降量与影响范围都较计 算值与模拟值小．
体积应等于地层损失的体积，提出横向地表沉降及
最大地表沉降的估算公式：
ｓ（ｚ）一‰ｅｘｐ（南ｏ ）
（１）
式中：ｓ（ｚ）为距离隧道中线处的地面沉陷量，ｍｍ；
‰为隧道中线的地面沉陷量，ｍｍ；ｚ为距离隧道中
线的距离，ｍ；ｉ为沉陷槽的宽度系数，ｍ；ｕ为沉降 槽面积，ｍ２． 其中：
ｉ：—伍—×—ｔ—ａｎ—（４三５—。—一—要一） （３）
口］ 魏新江，张金菊，张世民．盾构隧道施工引起地面最大 沉降探索口］．岩土力学，２００８，２９（２）：４４５．４４８．
口 ］ 阳军生，刘宝琛．城市隧道施工引起的地表移动及变形 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００２．
Ｎ咖∞一∞ｌ ＣａＪｃｌｌｌａｔｉ伽锄ｄ Ｅｘ锄ｐｌｅ ＡｎａｌｙｓｉＳ ｏｆ Ｇｍ唧ｄ ｓｅ“ｌ蜘砌ｌｔ
第３０卷第１期 ２０１１年２月
兰州 交通大学学报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｌａｆｌｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｌｌｇ Ｕ“ｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：ｌ００１—４３７３（２０１１）Ｏｌ—００８６＿０４
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．１ Ｆｂｂ．２０１１
盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
童学军１， 岳鹏飞２， 刘重庆２
（１．中铁七局集团有限公司，河南郑州４５００１６ｆ２．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０）
将３个断面的实测数据进行平均后的横向地面 沉降曲线如图６所示，平均后的最大沉降值为２０．６
距隧道轴线处的距离，ｍ
－３０—２０
—ｌＯ
Ｏ
１０
２０
３０
墨
■ 世 蛙
圈６实测数据平均沉降曲线
ｎ舀６ Ｔｌ侍ｍ翰鲫呐岫凼协鲫ｅ嗨赋Ｕｄ嗍ｔ ｃ㈣
图７给出了经验公式、数值模拟与实测值的比 较，可以发现隧道轴线处（最大沉降量发生处）沉降 量的大小依次为计算值、模拟值、实测值；影响范围 大小依次为模拟值、计算值、实测值．
万方数据
图４ 地层位移云图 １１晷４ ＤｂｐＩ舯哪嘲Ｉｔ ０ｆ ｃｈｍ ｆ０ⅢＩａｔ如ｎ
兰州交通大学学报
第３０卷
３ 实测数据与数值计算值比较分析
纵向监测点沿线路方向每隔１０ ｍ布设一个监 测断面，每个断面上布设７个点，困难地段每隔２０ ｍ 布设．监测仪器采用（Ⅸ、Ｚ２）水准仪、测微器（ＦＳｌ）、 铟钢尺来进行地面沉降的监测工作．
２ 有限元数值模拟
本次数值模拟选取深圳地铁五号线５３０２标段 翻身一灵芝区间右线ＤＫ４＋２７０～ＤＫ４＋３１５处， 隧道中心埋深１９ ｍ，上覆土厚度１６ ｍ，隧道通过地 层为砾质黏性土，隧道拱顶以上为８ ｍ厚砾质黏性 土、５ ｍ粉质黏土和３ ｍ素填土．
建立坐标系符合右手螺旋法则，ｚ轴向上，ｙ轴 指向隧道开挖前进方向，模型ｙ方向取４５ ｍ，开挖 ３０步．所建立模型范围必须足够大，其远边界处应 能认为不受开挖影响，否则，模型尺寸过小会使计算 结果不准确．考虑到隧道直径Ｄ为６ ｍ，隧道埋深１６ ｍ，计算模型宽度选取１０Ｄ，下方计算深度为隧道之 下１１ ｍ为界．计算时岩土材料选择弹塑性模型，Ｍ— Ｃ破坏准则．左右边界条件视为链杆支座，下边边界 条件视为铰支座．
计算地面沉降． 利用公式（１）：
如）一‰·ｅＸｐ（一番）
将‰＝Ｏ．０２４ ｍ代入上式得：
如）＝ｏ．０２４·ｅＸｐ（一南）
则１０ ｍ处的沉降为１８ ｍｍ；２０ ｍ处的沉降为 ７．６ ｍｍ；３０ ｍ处的沉降为１．８ ｍｎｌ．
表１ 隧道开挖周围土体参数
１＇ａｌ＇－１ Ｐ矗ｒａｎ■Ｉｔ既葛ｅ譬ｃａｖａ蜘ｓｏｉＩ ａｒＩｍｄ Ｕ［１ｅ ｔⅡＩｌｎｅＩ
地层厚耋７。蠹鬈。，弹酱脯翟√摩繁∥
圈２有限元模型 ｎ舀２ ｎｎ溉ｅＩ伽嘲ｌｔＩ帅ｄｅＩ 监测断面选在ＤＫ４十２７０，按照盾构机实际推
进来分析地层沉降，每环盾构机推进１．５ ｍ，主要的 模拟顺序就是施加面压力、钝化一环主隧道、激活管 片、钝化盾壳、同步注浆，按照此顺序依次向前开挖．
口］ 刘建航，侯学渊．盾构法隧道［Ｍ］．北京：中国铁道出版 杜，１９９１．
口］ 张金菊．盾构隧道引起土体变形分析研究［Ｄ］．杭州： 浙江大学，２００６．
Ｉ＝Ｉ］ 沈培良，张海波，殷宗泽．上海地区地铁隧道盾构施工 地面沉降分析［Ｊ］．河海大学学报：自然科学版，２００３， ３１（５）：５５６—５５９．
口］ 李永靖，张向东．城市地铁开挖对地表建筑物的影响研 究［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００６，２（８）；１３２６—１３２９．
墨
■
缝
蜉
况ｌ
况ｌＯ
况２０
况３０
隐３ 图ｍ３“＋Ｉ２）７Ｋ０４由＋２７旧０处 ｎｓ横 ｖｅ向 ｒ辩沉删降Ｉ曲洲线ｔ ｃｕｒ僧
不同工况是指在盾构刀盘距监测断面的不同距 离．由图３可知，在刚刚开挖后，也就是工况１，隧道 轴线处沉降为一３．８８ ｍｍ，随着盾构机推进沉降逐 渐变大，但是沉降槽的形状曲线是比较稳定的．工况 ３０是在盾构机刀盘到达ＤＫ４＋３１５时ＤＫ４＋２７０断 面的横向沉降，隧道轴线处最大沉降量达到一２２．２
图５给出ＤＫ４＋２７０、ＤＫ４＋２８０、ＤＫ４＋２９０这 ３个监测断面的实测数据，其图形形状基本符合正 态分布曲线，无论从沉降槽的形状、沉降量都与 Ｐ∞ｋ曲线接近．
星
●
盘
蜉
２７０
２８０
２∞
圈５实测地表沉降曲线
ｎ鲁５ Ｔｋｍ嘲肿ｄ卿刚ｆｈｏｅ麓ｎ蛔嗍ｔ ｃ帆
以上给出的是３个断面的监测数据，中心最大 沉降值分别为２３，２０，１９ ｍｍ，最大值与最小值相差 ２０％．为此将３个断面的实测数据取平均值来考虑 与经验公式计算值和数值模拟值进行比较．
Ｄｌ陀ｔｏ Ｔ岫ｎｅｌ Ｓ址ｅｌｄ Ｃ蛐ｓｔｎ蛇ｔｉｏｎ
ＴＯＮＧ Ｘｕ叫ｕｎｌ，ＹＵＥ Ｐｅｎｇ－ｆｅｉ２， ＬＩＵ Ｃｈｏｎｇ—ｑｉｎ矛 （Ｌ【粕尬Ｒａｉｌｗａｙ跏ｅｎｔｈ ＧｌｏＩｌｐ Ｃ瓯，【ｊｔｄ．，ＺｈｅｎｇｚＩｌｏｕ ４５００１６，【瑚弧，
２．Ｓｃ｝啪ｌ ｏｆ【二ｉ晡ｌ ＥｒｌｇｉＩｌ∞ｒｉｌＩｇ，Ｌａ眦ｈ伽Ｊｉ∞ｔｏＪｆｌｇ ＵＩＩｉｖｅ砖ｉｔｙ，Ｉ埘口ｈ０岫７３００７０，Ｃｌ，ｉ髓）
ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｎ．ｏｕｎｄｉｎｇ ｂｕｉｌｄ． ｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ仇
行比较，３种数据结果的一致性较好．说明了数值计 算在参数选取方面与实际情况比较符合．
３）提出深圳地区砾质黏性土地层中盾构施工 引起的地面沉降在１８～２５ ｍ札横向影响范围在３０ ｍ，在距隧道轴线３０ ｍ范围内的重要建筑物及地下 管线要对其及早进行必要的防护措施，在施工时要 加强监测频率．
参考文献：
［１］李曙光．ＥＰＢ盾构法隧道施工引起的地表沉降分析与 数值模拟［Ｄ］．长沙：中南大学，２００６．
以上３点会引起最终结果的偏差，图７所示偏 差值相对来说是非常小的，这说明实测值、计算值、 模拟值的结果是较准确客观的，能够反映盾构施工 对于地面沉降的影响．
深圳地铁五号线５３０２标段区间盾构大部分在 砾质黏性土掘进，经过对理论与实测数据的分析比 较得出在深圳地层中盾构掘进引起的沉降值应在 １８～２５ ｍｍ之间；同时结合隧道埋深的影响（地铁 区间隧道埋深通常在８～２０ ｍ），认为盾构隧道开挖 引起的横向沉降范围在隧道轴线左右各２５～３５ ｍ 处，因此在施工过程中，如果在隧道轴线３０ ｍ范围 内有重要建筑物及地下管线时要对其及早进行必要 的防护措施．
２）实测值是现场观测取得的数据，现场监测本 身受到一些因素的影响，这些因素对于监测数据都 存在一定的影响，这也使得实测值与计算值、模拟值 产生偏差．
３）数值模拟与计算中涉及到许多参数的选取 问题，其中有些参数是不能通过实验等手段准确取 得其值（如沉降槽面积Ⅵ），只能根据经验来取值， 带有一定的主观性，这也使得最终的结果变动．
目前，对盾构法隧道施工引起的地表沉降分析 及预测的方法主要有：经验公式法、解析法、理论分 析法、模型试验研究、数值分析等．
１经验公式法
Ｐｅｃｋ Ｒ Ｂ．（１９６９）通过对大量地表沉陷数据及
工程资料分析后，首先提出沉降槽近似正态分布的
概念．并认为地层位移由地层损失引起，且施工引起
地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽
ｍｍ．
模型考虑永久荷载作用，包括地层压力、水压 力．考虑地表建筑物自重，于模型基础上表面处施加 均布荷载２０ ｋＮ／ｍ２，模拟中将盾构推进中单位面积 阻力定为３００ ｋＮ／ｍ２，即为盾构千斤顶单位面积推 力，本构模型采用Ｍｏｈｒ—Ｃ０ｕｌｏｍｂ屈服准则．
为了计算与结果提取的方便将坐标系设在地层 土体的左下角（见图２），文中所提到的距离都是以 地层土体左下角的点为坐标原点的．
Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃａｕＳｅｄ ｂｙ ｔｕｎｎｅｌ ｓｈｉｅｌｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ
ｈｌｌｌｕｌ扎ＭＩＤＡＳ（ＧＴＳ）ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｔｈｅ锄ｐｉｒｉｃａｌ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｌｃｕＩａｔｅｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕ已Ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｆｏｍｕｌａ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕＩｎｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ Ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｓｏｏｐｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｄｕｅ ｔｏ
中图分类号：Ｕ４５５．４３
文献标志码：Ａ
Ｏ引言
‰＝老≈燕 ㈣
盾构法以其独特的优势在城市地铁的修建中发 挥着越来越重要的作用，对于盾构施工引起的地表 沉降的研究也一直在进行．英国和其它一些国家早 在２０世纪２０年代就开始重视对“在软弱地层中开 挖隧道产生的地面沉陷和地层变形＂的研究工作．许 多工程技术人员为此进行了大量研究工作，使对地 层运动的预测能力，有了一定的发展，积累了不少控 制由于盾构施工引起的地表沉降的方法．在城市地 铁隧道的兴建中，影响地表沉降的因素很多，地表沉 降的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸和施工方法、 支护方式有关，而且还受工程地质及水文地质条件 的影响．
式中：妒为隧道周围地层内摩擦角；地面沉陷槽宽度 Ｂ≈２．５ｉ．
选取深圳地铁五号线翻身一灵芝公园盾构区 间为背景，隧道中心埋深１９ ｍ，整个隧道在砾质黏 性土层中掘进，砾质黏性土９取３０。；由式（３）计算可 得沉降槽宽度系数ｉ＝１３．２ ｍ，取Ⅵ≈ｏ．８ ｍ２，由
式（２）得‰＝２４ ｍｍ．这样就得出隧道中心处地面
４结语
结合深圳地铁五号线５３０２标段的实测数据，与 数值计算模拟结果进行比较得到在深圳地区进行盾 构法施工的横向沉降的一些规律：
１）深圳地区施工期间造成的横向地表沉降槽 符合经典Ｐｅｃｋ公式对沉降分布形态的预溅，也呈正
万方数据
第１期
童学军等：盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
态曲线的分布形式． ２）将实测沉降数据与数值模拟计算的结果进
Baidu Nhomakorabea
收稿日期：２０ｌｏ－１０＿０９ 作者简介：童学军（１９６５－），男，河南汤阴人。高级工程师．
万方数据
第１期
童学军等：盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
８７
《Ｋ７
图１ 经验公式计算地表沉降曲线
№ｌ ＥⅡＩ州ｃａｌ ｆ０舢ｈ协ｃａｌ四№ｔｈｅ ｓＩＦ融
ｓ酣：ｔｌ哪籼ｔ亡珊ｒｖｅ
由图１可知，沉降集中发生在隧道轴线两侧２０ ｍ范围内，约占整个沉降的８０％．
摘要：通过对盾构施工所引起的地表沉降进行７经验公式的计算，并利用有限元软件ＭｍＩＡＳ（Ｇ，ｒｓ）进行了施工
阶段的数值模拟，将计算值、模拟值与现场实溯值进行了比较，并对于经验公式与数值模拟的结果合理性进行了验
证．提出盾构隧道施工的横向影响范围，对于周围建筑环境保护和施工安全有指导意义．
关键词：盾构施工，经验公式；数值模拟；实测数据
无论从沉降影响范围，沉降量来看计算值、模拟 值、实测值的一致性很好，误差完全在工程允许的范 围内．造成误差的原因有以下几个方面：
量
●
盘
嚣
值
值
值
图７ ３种地表沉降结果的对比
啦７ Ｃｌ硼舯椭－０ｆｔＩＩ瞅ｋｉＩ豳０ｆ鲫ｒｆ酶
翻叫随婚出骶ｎ嚣吡
１）实测值是在盾构通过后一段时问采集的数 据，未考虑土体后续的固结与次固结对最终沉降量 的影响，导致实测数据在沉降量与影响范围都较计 算值与模拟值小．
体积应等于地层损失的体积，提出横向地表沉降及
最大地表沉降的估算公式：
ｓ（ｚ）一‰ｅｘｐ（南ｏ ）
（１）
式中：ｓ（ｚ）为距离隧道中线处的地面沉陷量，ｍｍ；
‰为隧道中线的地面沉陷量，ｍｍ；ｚ为距离隧道中
线的距离，ｍ；ｉ为沉陷槽的宽度系数，ｍ；ｕ为沉降 槽面积，ｍ２． 其中：
ｉ：—伍—×—ｔ—ａｎ—（４三５—。—一—要一） （３）
口］ 魏新江，张金菊，张世民．盾构隧道施工引起地面最大 沉降探索口］．岩土力学，２００８，２９（２）：４４５．４４８．
口 ］ 阳军生，刘宝琛．城市隧道施工引起的地表移动及变形 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００２．
Ｎ咖∞一∞ｌ ＣａＪｃｌｌｌａｔｉ伽锄ｄ Ｅｘ锄ｐｌｅ ＡｎａｌｙｓｉＳ ｏｆ Ｇｍ唧ｄ ｓｅ“ｌ蜘砌ｌｔ
第３０卷第１期 ２０１１年２月
兰州 交通大学学报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｌａｆｌｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｌｌｇ Ｕ“ｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：ｌ００１—４３７３（２０１１）Ｏｌ—００８６＿０４
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．１ Ｆｂｂ．２０１１
盾构施工引起地表沉降的数值计算与实例分析
童学军１， 岳鹏飞２， 刘重庆２
（１．中铁七局集团有限公司，河南郑州４５００１６ｆ２．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０）
将３个断面的实测数据进行平均后的横向地面 沉降曲线如图６所示，平均后的最大沉降值为２０．６
距隧道轴线处的距离，ｍ
－３０—２０
—ｌＯ
Ｏ
１０
２０
３０
墨
■ 世 蛙
圈６实测数据平均沉降曲线
ｎ舀６ Ｔｌ侍ｍ翰鲫呐岫凼协鲫ｅ嗨赋Ｕｄ嗍ｔ ｃ㈣
图７给出了经验公式、数值模拟与实测值的比 较，可以发现隧道轴线处（最大沉降量发生处）沉降 量的大小依次为计算值、模拟值、实测值；影响范围 大小依次为模拟值、计算值、实测值．
万方数据
图４ 地层位移云图 １１晷４ ＤｂｐＩ舯哪嘲Ｉｔ ０ｆ ｃｈｍ ｆ０ⅢＩａｔ如ｎ
兰州交通大学学报
第３０卷
３ 实测数据与数值计算值比较分析
纵向监测点沿线路方向每隔１０ ｍ布设一个监 测断面，每个断面上布设７个点，困难地段每隔２０ ｍ 布设．监测仪器采用（Ⅸ、Ｚ２）水准仪、测微器（ＦＳｌ）、 铟钢尺来进行地面沉降的监测工作．
２ 有限元数值模拟
本次数值模拟选取深圳地铁五号线５３０２标段 翻身一灵芝区间右线ＤＫ４＋２７０～ＤＫ４＋３１５处， 隧道中心埋深１９ ｍ，上覆土厚度１６ ｍ，隧道通过地 层为砾质黏性土，隧道拱顶以上为８ ｍ厚砾质黏性 土、５ ｍ粉质黏土和３ ｍ素填土．
建立坐标系符合右手螺旋法则，ｚ轴向上，ｙ轴 指向隧道开挖前进方向，模型ｙ方向取４５ ｍ，开挖 ３０步．所建立模型范围必须足够大，其远边界处应 能认为不受开挖影响，否则，模型尺寸过小会使计算 结果不准确．考虑到隧道直径Ｄ为６ ｍ，隧道埋深１６ ｍ，计算模型宽度选取１０Ｄ，下方计算深度为隧道之 下１１ ｍ为界．计算时岩土材料选择弹塑性模型，Ｍ— Ｃ破坏准则．左右边界条件视为链杆支座，下边边界 条件视为铰支座．