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021-480 采用三维数值分析，评估曼谷 MRT 地铁土压平衡盾构施工隧道的 地层位移 Noppadol Phienwej, Chang Pyo Hong, Attasit Sirivachiraporn （亚洲科技大学土木工程学院，Pathumthani ，泰国） 摘要：本文采用 FLA3D 三维数值分析，评估曼谷 MRT 地铁隧道在土压平衡盾构施工过程中产生的地层位移的特征。 研究以下影响因素：开挖面压力、土层构成、地下水压减低，盾尾间隙注浆及初始横向地层应力输入值。比较了分 析中的预测值和实际监测数据。 1 引言 MRT 地铁线中首条地铁为长 22km 的蓝线 ISP，在曼谷软弱土层中采用 8 台土压平衡盾构机施 工，现已竣工。作为观测设计法的一部分，系统监测了隧道沿线的地层位移。监测结果用于了解位 移特性及影响地层位移的因素 （Sirivachiraporn 和 Phienwej ，2005 ）。此外，采用了多种分析法来预 测并研究地层位移特性，但这些分析法几乎都属于经验性二维数值分析法。由于盾构法施工隧道中 地层位移由多方面原因产生，所以更适合采用三维分析法从更具体的的角度来评估地层位移特性。 该分析结果还有助于更好了解实测数据。Lin 等 （2004 ）和 Hong （2005 ）采用 FDA 和 FLAC3D 法 对此进行了三维分析。FLAC3D 法中研究了各种影响地层位移的因素，包括：开挖面压力、土层构 成、地下水压降低、盾尾间隙注浆、横向初始地层应力及盾壳与隧道开挖轮廓面之间的间隙。对分 析结果和实测数据进行了比较。 2 曼谷 MRT 地铁 蓝线是曼谷 MRT 线的首条地铁。蓝线于 2004 年 5 月开通运营，承担曼谷市内南北交通运输。 该线路主要沿着城市公路线施工。分两份快速轨道设计-修建合同，即南合同和北合同来进行该线路 的隧道施工。该线路由两条单轨隧道并排组成。隧道位于地面以下 8～25m （大部分是地面以下 21m） 处。隧道外直径为 6.4m，混凝土管片衬砌厚 300mm，采用了 8 台土压平衡盾构机 （6 台 Kawasaki 和 2 台Herrenknecht ）。隧道沿线多个区段的开挖邻近市内各建筑和设施的基桩。因此，控制地层位 移是工程成功的关键。展开了一项综合监测项目以监测地层位移及相关建筑的反应。隧道沿线设置 了 5000 多个监测点。 3 地层条件 大部分建筑基桩及隧道开挖作业都处于曼谷地下 35m 以内的范围。曼谷整个城市地层剖面大部 分一致，由软弱粘土到中度硬泥，硬泥到高度硬泥及砂土组成。软弱粘土层较厚，从地表到地下 12m～ 15m。软弱粘土被称为 “曼谷软弱粘土”，富水量高 （70～120%），强度低，压缩性强。软弱粘土层 下方是硬泥层，坚固，不可渗水，是隧道施工的理想地层。硬泥层下方是砂土层，从精细砂到中度 砂，从密砂到高密砂，从粉砂到粘土砂。由于开挖深井用于给水，砂土层中测压压力急剧下降。目 前，砂土层中承压水头一般位于地面以下 21～24m 之间。该地层条件有利于隧道开挖和深度开挖作 业。 4 数值模型 为了避免边界影响，采用三维网格的纵向长度为 120m，横向宽度为 50m，深度为 58m。所要分 析的土层中软弱粘土层深度为地下 0～17m，硬泥层为地下 17～24m，砂层在地下 24m 以下，是北合 同中 MRT 线路所处的典型地层。该土层根据莫尔-库伦屈服准则，具有线弹塑性。土层输入参数见 表 1.表 1 中的数值是从土层勘测和项目测试中获得的具有代表性的数据，且用于设计分析中。该分 2 析考虑非排水条件下的软弱粘土和硬泥。采用刚度低 （E=1000KN/m ）压缩性高的材料来模拟盾尾间 7 2 隙回填后的早期注浆材料。采用挠性刚度 （EI）为 3.1*10 kN/m 的壳元模拟 300mm 厚的混凝土管片 27 2 衬砌。采用纵向长度为 6.0m，挠性刚度 （EI）为