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泥水盾构隧道施工引起地面沉降分析及预测 　　摘 要：通过对杭州庆春路过江隧道泥水盾构施工地面沉降监测数据的分析，总结了地面沉降的特点及影响因素，并结合实测数据给出了地面沉降的修正双曲线预测公式。分析表明：Peck公式适用于杭州软土地层中泥水盾构施工引起的地面沉降预测，其中地面沉降槽宽度参数K取值0.25～032，地层损失率V1取值0.04%～0.33%。地面沉降主要为盾构脱离0～5 d或6 d内的盾尾沉降以及扰动土体长期固结沉降，分别约占总沉降量的57.27%和41.08%。适当提高切口泥水及同步注浆压力使地面微隆，可以抵消部分地层损失，减少地面沉降。由地层损失引起的横断面地面沉降曲线较规则，基本呈现高斯曲线分布；而地面隆起变形较无规则，会使沉降曲线偏离高斯曲线分布。引入新参数C后的修正双曲线模型可用于泥水盾构软土地层中施工引起的地面沉降的预测。 　　关键词：过江隧道；泥水盾构；地面沉降；分析及预测；施工控制 　　中图分类号：TU433 文献标志码：A 文章编号：16744764（2012）05002508 　　近年来，泥水盾构越来越广泛地应用于城市水底隧道施工，如上海上中路隧道、上海长江隧道、武汉长江隧道、南京长江隧道、杭州庆春路过江隧道、杭州运河隧道、海宁钱江隧道等[12]。对于盾构施工引起的地面沉降，许多学者进行了研究，研究方法主要为经验公式法、解析法和数值模拟法[36]，然而这些研究大都针对土压平衡盾构，而对于泥水盾构的研究相对较少。泥水盾构与土压平衡盾构相比，泥水压力传递快速而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度更高，地面沉降量的控制精度更高[7]。而泥水盾构用于水底隧道施工，穿越堤防和水底浅覆土区域，对地面沉降的控制要求更为严格。在上海若干水底隧道工程施工中，曾发生了大堤防汛墙底板渗水、防汛闸门变形、防汛墙倒塌等威胁提防安全的事故[8]。因此，深入研究泥水盾构施工引起的地面沉降，具有十分重要的意义。〖=D（〗 林存刚，等：泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测〖=〗 　　结合杭州庆春路过江隧道泥水盾构施工地面沉降实测数据，分析了泥水盾构施工引起的地面沉降的特征及规律，总结了影响地面沉降的因素，并给出了地面沉降的预测公式。1 工程概况及地质条件 　　1.1 工程概况 　　杭州庆春路过江隧道南北方向垂直穿越钱塘江，盾构段总长3 532.442 m，其中东线长1 765.478 m，西线长1 766.924 m。管片外径11.3 m，内径10.3 m，厚50 cm，环宽2 m。管片采用通用契型环，采用6标准块+2邻接块+1封顶块的分块形式，错缝拼装，纵环向采用高强螺栓连接。 　　盾构隧道采用两台泥水平衡盾构机从江南盾构工作井开始掘进，始发段纵向坡度为-4.25%。盾构主机长11.4 m，后配3节拖车，上载砂浆泵、电器液压设备、主控室等，长约20 m。盾构主机总重1 100 t，外径11.65 m。 　　1.2 工程及水文地质条件 　　盾构施工主要穿越③层粉砂夹粉土、④层淤泥质粉质粘土、⑤层粉质粘土、⑥层粉质粘土、⑦层粉细砂和⑧层圆砾。各土层物理力学指标见表1。隧道穿越土层剖面见图1。 　　孔隙潜水赋存于场区浅部人工填土及其下部粉、砂性土层内，水位高，渗透性好。⑦层砂土、⑧层圆砾为承压水层，承压水位高，透水性强。 　　2 地面沉降监测布置 　　地面沉降监测从江南工作井至钱塘江南岸大堤一共布置19个断面，编号D1～D18、XB。其中西线隧道监测断面标记为WD，东线为ED，XB仅布置于西线。监测断面布置情况如图2所示。其中D1～D6因处于加固区，数据失真，数据未采用；D7～D12、D17、D18、XB所处地面隧道施工前为农田；D13～D16位于钱塘江南岸大堤之上。笔者仅对西线盾构施工引起的地面沉降进行分析，即WD7～WD12、WD17、WD18、XB断面。 　　式中：S（x）为地层损失引起的地面沉降； x为距隧道轴线的距离；Smax为隧道轴线处地层损失引起的地面沉降；i为地表沉降槽宽度系数；Vs为隧道单位长度地层损失；η为地层损失率，为地表沉降槽的面积与隧道开挖面积之比；R为隧道开挖半径。 　　使用Peck公式预测横向地面沉降时，最为关键的是确定地层损失率V1以及沉降槽宽度系数i的取值。其中地层损失率V1取值受土质、隧道工法及施工参数控制等影响，具有很大的离散性和地区及施工经验性[1011]。对于沉降槽宽度系数i的取值，国内外许多学者进行了实测及试验研究[1215]，其中应用最为广泛的是O’ReillyNew（1982）[15]根据伦敦地区经验提出的： 　　式中K为沉降槽宽度参数，定义为横断面地面沉降曲线拐点至隧道轴线水平距离与隧道轴线埋深之比；z0为隧道轴线埋深。 　　对WD7～WD12、XB、WD17、W