大直径软土盾构隧道工程地层沉降规律分析
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关 键词 ： 盾构 隧道 ： 地 层 沉 降 ； 盾 构 推 进 ； 运 营 阶段 中 图分 类 号 ：Ｕ ５ ４６ 文 献 标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ６ ５ （ ０ ０）０ — ０ ８ ０ ０ ４ ４５ ２１ １０ ４ —３
盾 构隧道 施 技 术在城 市地下 工程 中得 到越来 越 ｒ 多 的应 用 盾 构掘进 时将不 可避免地 扰动地 层 ．引起
Ｔ程 的顺 利实施 以及工程 建成后 的维护 极为重 要 许 多学者 刮都 对盾 构施 工 引起 的地表 沉 降规律
拟 管片壁后 注浆 计算 范 围以盾构 隧道为 中心 。水平
方 向取 １０ｍ、垂 直方 向取７ 左 右 边界 两侧 采用 ５ ０ｍ
水平 向约束 ．下 部采用 竖 向约 束 ．上部 边界取 为 自由
备的安装 都会增 大结构 自重 ，加 剧地层 沉降 ：车辆运
行之后亦 会对结 构和地层 产生一 定 的影 响 ，也 将引起 地层沉 降
土体 采用 四边形等 参元模 拟 ．衬 砌管 片采用梁一 接 头元模 拟 ．在 衬砌与 土层之 间设置 了接触 面单元模
当地层 沉 降超 过一定 范 围后 ，会严 重危及 周 围建 筑 物 的安 全 因此 掌握 大直径 隧道地层 沉降规 律 ．对
边界 。
进行 了研究 ．有些学 者还建立 了地 表沉 降预测模型 ｌ． ６ ］ 但 是 对 大 直径 软 土 盾构 隧道 的 地层 沉 降 分 析 还不 多 见 ．缺少实 测数据 检验 ．此外对运 营阶段 的地层 沉降
也较 少讨论 本文采 用有 限元数值模 拟方 法对大 直径
计算模 型 如图１ 所示
色 砂 质粉 土 盾构 主要 穿越 的地 层 为灰 色粉 质 黏土 。
收稿 日期 ：２ ０ —１ － ８ ０ ９ ２ ２
４ ８
计算 采用 的土层 参数 见表 １
中 盛墨 圄子 农
蒋 ： 直 软 盾 隧 工 地 沉 规 分 睿 大径土构道程层降律析
表 １ 计 算 采 用 的 土层 参 数
软土 盾构隧道 地表沉 降规律 进行研 究 ，以期对大 直径 软土 盾构隧道 工程实 施 以及 隧道运 营维护 提供参 考依
据。
１ 工 程 概 况
上海长江 隧桥 （ 明越 江通道 ）工程位 于上海 东 崇
图 １ 计 算 模 型 简 图
北部 长江 口南 港 、北 港水域 ．是一项 特大 型交通基 础
摘 要 ：以 上海 长 江 隧 桥 ｒ 的 隧道 为背 景 ，研 究 地层 沉 降 规 律 。首 先 建立 二 维 有 限元 计 算 模 型来 模 拟 盾 构 推 进 阶 段 对 地 ｒ Ｉ 层 沉 降 的影 响 ．得 ，该 阶 段 地层 沉 降 的规 律 。 然后 对 同步 构 件 浇 注 、设 备 安 装 及 车 辆 运 行 荷 载 引起 的地 层 沉 降 进 行 了 ｊ ４ 计 算 和 分析 ，最 后 将 计 算 结 果 与实 测 数 据 进 行 比较 ，得 ｆ规 律 ：要 注 意盾 尾 注 浆 阶 段 注 浆 液 的体 积 必 须 大 于 盾 尾 空 隙 ｆ ； 的 体积 ：盾 尾 开脱 阶段 橄 易 发生 沉 降 ，必 须 做好 同步 沣 浆 ：运 营 阶 段 车辆 荷 载 对 地层 沉 降 影 响不 大 。
地层变 形及地 面沉 降 地表 的变形一 般取决 于地层 和
地下水 条件 、隧道直径 、埋深 、盾尾 间 隙和盾构推力
等因素： 。 引起地表变形 的基本原因可以归纳为开挖面 土体 的 移动 、土体挤 入盾 尾空 隙 、土体 与 衬砌 的相 互 作用 、
改变推 进方 向以及 受扰 动土体 的再 固结 ［。对 于大直 ２ ＝ 径隧道 而言 ．管 片拼装后 内部 构件 的浇 注 以及 有关设
设 施 项 目 上 海 长 江 隧 桥 Ｔ 程 全 长 ２． ｋ ５５ ｍ．采 用 “ 隧北 桥 ”方案 ．即以 隧道形 式 穿越 长江 口南港 水 南
２ １ 地 层 参 数 ．
里 程 ２４ ５ ｍ处 地 层 自上 至下 依 次 为 江 底 淤 泥 、 ７
灰色 淤泥质黏 土 、灰 色黏质 粉土 、灰色粉 质黏土 和灰
第 １期（ 总第 １ ４期 ） ４
２１ ０ ０年 ２月
中 千 暑 国 盛
ＣＨＩ ＵＮＩ Ｐ ＮＡ Ｍ ＣＩ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｎｏ１（ ｅｉｌ Ｓｒ ａ Ｎｏ１４） ４
Ｆ ｂ ２ １ ｅ ． ００
大直径软 土盾构 隧道工程地层沉 降规律分析
蒋 睿
（ 海黄 浦 江 大桥 建 设 有 限公 司 ．上 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ００
２１年 期 ００ 第１ 来自土层 名 称 江底 淤 泥
土层 厚 度／ ｍ
２３ ｌ －２
弹性 模 量 ／Ｐ ｋａ
４０ ０ ０
泊 松 比
０４ ．０
重 度 ｋ ｍ Ｎ・ 。
ｌ＿ ７３
黏 聚 力 ｃｋ ａ ／Ｐ
ｌ ２
内 摩 擦 角 （） 。
１． ４５
侧压 力 系数 。
０５ ． ５
灰 色淤 泥 质 黏 土
灰 色黏 质 粉 土 灰 色 粉 质 黏 土 灰 色 砂 质 粉 土
域 ，长 约８９ｋ ． ｍ：以桥 梁形 式 跨越 长 江 口北 港 水域 ， 长约 １ ． ｋ ６６ ｍ。 隧 道采用 ２ 台直径 １ ． ５ ３ｍ的泥水加 气平衡 盾构 机 ４ 由浦东 向长兴 岛掘进 该项 目于２ ０ 年 ｌ 月２ 日正式 ０４ ２ ８ 启动 ．并于２ ０ 年 １ 月３ 日正式投 入运 营 ０９ ０ １ ２ 盾构推 进 阶段地层沉 降分 析 上 海 长江 隧道 里 程２４ ５ｍ处 属 于 隧道 竖 曲线 埋 ７ 深最大 的地方 ．此处 隧道要承 受最 大的水 土压力 ．使 得 隧道 承受最不 利 的外 荷载 以该处 为分析 断面 ，建 立 二维平 面应变 有限元 模型
盾 构隧道 施 技 术在城 市地下 工程 中得 到越来 越 ｒ 多 的应 用 盾 构掘进 时将不 可避免地 扰动地 层 ．引起
Ｔ程 的顺 利实施 以及工程 建成后 的维护 极为重 要 许 多学者 刮都 对盾 构施 工 引起 的地表 沉 降规律
拟 管片壁后 注浆 计算 范 围以盾构 隧道为 中心 。水平
方 向取 １０ｍ、垂 直方 向取７ 左 右 边界 两侧 采用 ５ ０ｍ
水平 向约束 ．下 部采用 竖 向约 束 ．上部 边界取 为 自由
备的安装 都会增 大结构 自重 ，加 剧地层 沉降 ：车辆运
行之后亦 会对结 构和地层 产生一 定 的影 响 ，也 将引起 地层沉 降
土体 采用 四边形等 参元模 拟 ．衬 砌管 片采用梁一 接 头元模 拟 ．在 衬砌与 土层之 间设置 了接触 面单元模
当地层 沉 降超 过一定 范 围后 ，会严 重危及 周 围建 筑 物 的安 全 因此 掌握 大直径 隧道地层 沉降规 律 ．对
边界 。
进行 了研究 ．有些学 者还建立 了地 表沉 降预测模型 ｌ． ６ ］ 但 是 对 大 直径 软 土 盾构 隧道 的 地层 沉 降 分 析 还不 多 见 ．缺少实 测数据 检验 ．此外对运 营阶段 的地层 沉降
也较 少讨论 本文采 用有 限元数值模 拟方 法对大 直径
计算模 型 如图１ 所示
色 砂 质粉 土 盾构 主要 穿越 的地 层 为灰 色粉 质 黏土 。
收稿 日期 ：２ ０ —１ － ８ ０ ９ ２ ２
４ ８
计算 采用 的土层 参数 见表 １
中 盛墨 圄子 农
蒋 ： 直 软 盾 隧 工 地 沉 规 分 睿 大径土构道程层降律析
表 １ 计 算 采 用 的 土层 参 数
软土 盾构隧道 地表沉 降规律 进行研 究 ，以期对大 直径 软土 盾构隧道 工程实 施 以及 隧道运 营维护 提供参 考依
据。
１ 工 程 概 况
上海长江 隧桥 （ 明越 江通道 ）工程位 于上海 东 崇
图 １ 计 算 模 型 简 图
北部 长江 口南 港 、北 港水域 ．是一项 特大 型交通基 础
摘 要 ：以 上海 长 江 隧 桥 ｒ 的 隧道 为背 景 ，研 究 地层 沉 降 规 律 。首 先 建立 二 维 有 限元 计 算 模 型来 模 拟 盾 构 推 进 阶 段 对 地 ｒ Ｉ 层 沉 降 的影 响 ．得 ，该 阶 段 地层 沉 降 的规 律 。 然后 对 同步 构 件 浇 注 、设 备 安 装 及 车 辆 运 行 荷 载 引起 的地 层 沉 降 进 行 了 ｊ ４ 计 算 和 分析 ，最 后 将 计 算 结 果 与实 测 数 据 进 行 比较 ，得 ｆ规 律 ：要 注 意盾 尾 注 浆 阶 段 注 浆 液 的体 积 必 须 大 于 盾 尾 空 隙 ｆ ； 的 体积 ：盾 尾 开脱 阶段 橄 易 发生 沉 降 ，必 须 做好 同步 沣 浆 ：运 营 阶 段 车辆 荷 载 对 地层 沉 降 影 响不 大 。
地层变 形及地 面沉 降 地表 的变形一 般取决 于地层 和
地下水 条件 、隧道直径 、埋深 、盾尾 间 隙和盾构推力
等因素： 。 引起地表变形 的基本原因可以归纳为开挖面 土体 的 移动 、土体挤 入盾 尾空 隙 、土体 与 衬砌 的相 互 作用 、
改变推 进方 向以及 受扰 动土体 的再 固结 ［。对 于大直 ２ ＝ 径隧道 而言 ．管 片拼装后 内部 构件 的浇 注 以及 有关设
设 施 项 目 上 海 长 江 隧 桥 Ｔ 程 全 长 ２． ｋ ５５ ｍ．采 用 “ 隧北 桥 ”方案 ．即以 隧道形 式 穿越 长江 口南港 水 南
２ １ 地 层 参 数 ．
里 程 ２４ ５ ｍ处 地 层 自上 至下 依 次 为 江 底 淤 泥 、 ７
灰色 淤泥质黏 土 、灰 色黏质 粉土 、灰色粉 质黏土 和灰
第 １期（ 总第 １ ４期 ） ４
２１ ０ ０年 ２月
中 千 暑 国 盛
ＣＨＩ ＵＮＩ Ｐ ＮＡ Ｍ ＣＩ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｎｏ１（ ｅｉｌ Ｓｒ ａ Ｎｏ１４） ４
Ｆ ｂ ２ １ ｅ ． ００
大直径软 土盾构 隧道工程地层沉 降规律分析
蒋 睿
（ 海黄 浦 江 大桥 建 设 有 限公 司 ．上 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ００
２１年 期 ００ 第１ 来自土层 名 称 江底 淤 泥
土层 厚 度／ ｍ
２３ ｌ －２
弹性 模 量 ／Ｐ ｋａ
４０ ０ ０
泊 松 比
０４ ．０
重 度 ｋ ｍ Ｎ・ 。
ｌ＿ ７３
黏 聚 力 ｃｋ ａ ／Ｐ
ｌ ２
内 摩 擦 角 （） 。
１． ４５
侧压 力 系数 。
０５ ． ５
灰 色淤 泥 质 黏 土
灰 色黏 质 粉 土 灰 色 粉 质 黏 土 灰 色 砂 质 粉 土
域 ，长 约８９ｋ ． ｍ：以桥 梁形 式 跨越 长 江 口北 港 水域 ， 长约 １ ． ｋ ６６ ｍ。 隧 道采用 ２ 台直径 １ ． ５ ３ｍ的泥水加 气平衡 盾构 机 ４ 由浦东 向长兴 岛掘进 该项 目于２ ０ 年 ｌ 月２ 日正式 ０４ ２ ８ 启动 ．并于２ ０ 年 １ 月３ 日正式投 入运 营 ０９ ０ １ ２ 盾构推 进 阶段地层沉 降分 析 上 海 长江 隧道 里 程２４ ５ｍ处 属 于 隧道 竖 曲线 埋 ７ 深最大 的地方 ．此处 隧道要承 受最 大的水 土压力 ．使 得 隧道 承受最不 利 的外 荷载 以该处 为分析 断面 ，建 立 二维平 面应变 有限元 模型