盾构法修建隧道地表变形计算研究.pdfVIP

糊尚坤：盾构法修建隧道地表变形计算研究 ·23· 盾构法修建隧道地表变形计算研究 榻尚坤 (华南路桥实业有限公司 广东广州 510620) 摘 要 引入等代层概念，研究盾构隧道不同埋深、不同盾构机推力对地表变形的影响；介 绍应用ANSYS软件进行盾构隧道地表变形计算的建模方法和参数选取，并将计算结果与条件类 似工程的实测数据进行了比较分析。 关键词 盾构法隧道 地表沉降计算 等代层 ANSYS 模拟三维效应是非常困难的，特别是盾尾空隙、隧 1 前言 道壁面土体的扰动和注浆层的处理。为此，将一些 地表变形是盾构法隧道设计及可行性研究中的 与施工密切相关但又不易量化的变量 (如盾尾空 重要内容。采用盾构法修建隧道，会引起地层的移 隙的大小、注浆充填程度、隧道壁面土体受扰动的 动而导致不同程度的地面和隧道变形。地面隆起和 程度和范围等)概化为均质、等厚的等代层，也 沉降达到一定程度时，就会影响周围地面建筑、地 能较客观地反映这些不易量化因素对地表位移的综 下设施和隧道本身的正常使用。因此，尽可能准确 合影响，避免研究过程中的顾此失彼，达到既能反 地预测盾构法隧道的地表隆起和沉降量、范围等， 映工程的实际情况，又能简化计算模型的目的。其 以求在设计和施工中采取减少地层移动的措施，显 方法是在结构周边使用一均质、等厚、弹性的等代 得非常重要，加强这方面的理论研究尤为迫切。 层 (如图2所示)，替换衬砌周围实际的地层，让 地表变形大小取决于地层和地下水条件、隧道 其产生的地表沉降与考虑盾尾空隙、土体向盾尾空 直径、埋深、盾构机推力和施工条件、周边环境等 隙的自然充填和隧道壁面受扰动等多种施工因素造 因素，但若将所有因素一并考虑，计算工作量非常 成的地表沉降等效，从而将一些不易量化的因素在 大而且不现实。为此，笔者将一些与施工密切相关 计算模型中得以实现。 但又不易量化的变量概化为均质、等厚的等代层， 旨在为地表变形的计算研究提供新的思路和方法。 2 等代层概念及研究内容 盾构在掘进过程中，地表会出现沉降和隆起现 象，如图1所示。 图 2 等代层 图 区域 3 相关物理力学指标 (1)地层。重度 为 19kN／m ，土体弹模E 为20MPa，土体内摩擦角 为27。，土体内凝聚力 c为23kPa，泊松比 为0．4． (2)结构材料。C50钢筋混凝土重度 为25 盾尾空隙 kN／m’ ， 弹 性 模 量 E 为 34．5GPa；泊松 比 图 1 盾构掘进中地表变形图 为0．3。 (3)等代层。结合地层特性、隧道管径、地 隧道掘进是一个三维问题，尤其是靠近开挖面