宁波软土盾构隧道施工地表沉降研究

2020-02-14王冠东

建材与装饰 2020年6期

王冠东

（中铁四局集团第二工程有限公司江苏省苏州市 215000）

0 引言

软土地层中的工程开展形式主要以盾构隧道工程为主，而工程的安全顺利开展则主要依赖于对盾构隧道施工引发的地表沉降数值和分布情况进行正确研究。隧道掩埋深度、地层情况、工程施工中应用的技术等是影响地表沉降的主要因素，而工程测量数据却可以受到多种因素的影响，因此，需要对工程测量数据进行研究，从而对盾构隧道施工引发的地表沉降规律进行科学研究。

1 利用Peck公式分析地表沉降与深埋

1.1 沉降槽宽度系数的取值计算

Peck地表沉降的计算主要与三个系数有关，即Sx-与隧道轴线保持X距离的地表沉降值，单位为mm；Smax-地表沉降值（隧道轴线处），单位为mm；i-地表沉降槽呈现的曲线的拐点处至隧道轴线的长度，单位为mm。由这三个系数构成的Peck地表沉降公式为：Sx=Smaxexp{-x2/2i2}（式1）。众多研究者通过对测量资料进行研究，并结合模型模拟实验，为沉降槽宽度系数的取值计算指出了意见，以及计算所适用的条件[1]。

例如，当来源为Peck时，想要对沉降槽的宽度系数进行计算，就需采用公式：i/R=[H/（2R）]n，（n=0.8～1.0），且这一公式可适用于对各类土层的计算。当来源为Loganathan，Poulos时，就需采用公式：i/R=1.15[H/（2R）]0.9，这一公式仅适用于对黏性土层的计算。当来源为Atkinson，Potts时，就需采用公式：i=0.25（1.5H+0.5R），这一公式仅适用于对密实、超固结黏土的计算。以上提到的计算公式都是在对宁波地区或宁波特定地层的实例进行分析，从而总结出的，宁波地区的沉降槽宽度系数的取值计算可以此为依据。

1.2 沉降槽宽度系数与掩埋的关系

宁波地铁中的很多区间隧道由两条盾构隧道构成，盾构机外径的长度在6m左右。利用上文提到的沉降槽宽度系数计算公式，对地表沉降槽宽度系数，特别是不同隧道中心线下的这一系数进行计算，可分析得出沉降槽宽度系数与掩埋的关系。

例如，当隧道中心线埋深一定时，采用Peck（n=0.9）公式对沉降槽宽度系数进行计算时，和采用Loganathan，Poulos公式对沉降槽宽度系数进行计算时，得出的沉降槽宽度系数是不一样的，采用Loganathan，Poulos公式计算得出的这项系数要比采用Peck（n=0.9）公式计算得出的大，但这两组系数与相对应的隧道中心线埋深的关系却都是隧道中心线埋深增加，则沉降槽宽度系数增加。即若隧道尺寸不变，则可利用Loganathan，Poulos公式，Peck（n=0.9）公式等对隧道埋深变化影响沉降槽宽度系数的情况进行分析。

1.3 隧道轴线地表沉降与掩埋深度的关系

将地层损失率定为一定数值，并结合Peck关于横断面地层损失与沉降槽面积相等的推论，对横断面地层损失进行计算，可得出有关隧道轴线地表沉降的公式，公式为：Smax=Vi/2π （i式2）。在得出这一公式的基础上，利用该公式对隧道轴线地表沉降进行计算，并利用上文提到的沉降槽宽度系数计算公式对不同隧道中心线掩埋下的沉降槽宽度系数进行计算，便可得出隧道轴线地表沉降与掩埋深度的关系[2]。

例如，当隧道中心线掩埋深度一定时，采用Peck（n=0.9）公式计算得出的轴线地表沉降的数值要比采用Loganathan，Poulos公式计算得出的该项数值大。而在隧道中心线掩埋深度与轴线地表沉降的关系上，尽管采用的公式不同，但总体的关系趋势却相同，即轴线地表沉降随隧道中心线掩埋深度的升高而降低，且呈近似幂函数关系趋势。

2 实际检测案例分析与参数修正

2.1 案例情况

对宁波软土地层2个不同区间的隧道工程进行实地考察，并对其中的18条横断面地表沉降测线进行研究，考察的内容主要涉及：隧道内外径尺寸、不同断面隧道中心线掩埋深度、检测地点地表沉降数值等。

区间隧道内外径的长度均在6m左右。18条断面隧道所穿越的地层主要有黏土、粉砂等。这些地层的密度在16.7～18.1g/cm3范围内，黏聚力在7.0～16.0kPa范围内，摩擦角在11.5°～28.5°范围内，压缩模量在2.4～7.0MPa范围内。

2.2 实际检测拟合值和计算值的比较

参考刘建航提出的有关土层参数会影响到沉降槽宽度计算公式的观点，可以将沉降槽宽度系数的实际检测拟合值与上文中提到的两个沉降槽宽度系数i的公式，即进行比较，从而得出Peck公式中的建议计算方法的计算数值与实际检测拟合值相比会明显大很多的结论。若将Peck公式算法应用到宁波软土盾构隧道施工地表沉降的案例中，就需要意识到这种算法只适用于体现掩埋深度对沉降槽宽度系数所带来的影响，而当处在不同的地层条件时，即便掩埋深度是同样的，沉降槽的宽度也不可能相等。未能对地层条件进行考虑是这种计算方法存在的一个缺点。但尽管如此，联系这一计算方法还是可以对沉降槽宽度系数的实际检测的拟合值与隧道中心掩埋深度的关系进行分析，并绘制出相关的散点图。

软土地层盾构隧道的工程的开展会引发横断面地表的沉降，而对沉降槽宽度系数进行计算可采用公式：i=[R+Htan（45°）]/n。该公式中的n为系数，一般在计算时取2～3。这种计算方法在考虑到隧道掩埋深度与尺寸变动的基础上，从摩擦角的角度出发，对地层条件的变化也进行了考虑。