饱和砂土地铁盾构掘进地面变形预测分析

张松?武凯

摘 要：本文以郑州市轨道交通2号线二期工程为例，对饱和砂土地铁盾构掘进地面变形预测进行分析。首先，对工程进项简要分析，然后进行地表沉降值理论计算，最后进行采集数据分析。结果表明，Peck公式的计算预测结果满足规范要求且与监测数据分析结果误差较小，符合地表沉降变形规律，即微小沉降阶段、急剧沉降阶段、缓慢沉降阶段、沉降稳定阶段。

关键词：地铁盾构;地表沉降;Peck公式

中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）05-0115-03

Abstract： Taking Zhengzhou Rail Transit Line 2 phase II project as an example， this paper analyzed the ground deformation prediction of metro shield tunneling in saturated sand. Firstly， the input of the project was briefly analyzed， then the surface settlement value was calculated theoretically， and finally the collected data was analyzed. The results show that the prediction results of peck formula meet the requirements of the specification， and the error between the prediction results and the analysis results of monitoring data is small， which is in line with the law of surface settlement deformation， namely， the stage of small settlement， the stage of rapid settlement， the stage of slow settlement and the stage of stable settlement.

Keywords： subway shield;land subsidence;Peck formula

近年来，随着我国经济的快速发展，各城市的地铁线路不断增多，对地铁隧道施工技术的要求越来越高。其中，盾构及浅埋暗挖方法以其独有的特点和优势[1]在地铁隧道施工中得到了广泛应用。由于城市地下铁道埋置深度较浅，因此，施工时引起周围围岩的变形会传递到地表，从而引起地表的移动、变形或沉降。如果地表沉降过大，将直接影响地面建筑物的正常使用。因此，结合工程实际特点进行沉降预测显得尤为重要。

早在20世纪初，英国与其他一些盾构技术发达的国家（例如，德国和法国）就开始对“在软弱地层中开挖隧道产生地面沉陷和地层变形”[2]问题进行研究。目前，国内外学者对这一问题的研究方法可总结为经验公式法、数值模拟法和模型试验法等，其中经验公式法是最为简单实用的方法。

本文以郑州地铁为例，利用Peck公式进行沉降预测，并将结果与实测数据分析结果进行对比，验证Peck公式在本地区的适用性，为本地区地铁施工沉降预测提供参考。

1 工程简介

1.1 工程概况

郑州市轨道交通2号线二期工程某区间起始里程右（左）DK19+177.750，终点里程右（左）DK19+993.770，区间右线全长850.957 m（左线850.749 m），区间共设置1个联络通道（兼泵房），线路纵坡设计为“V”形坡，最大坡度为28‰，最小坡度为1.9‰。区间最大埋深为20.3 m，最小埋深为10.5 m。

1.2 监测点布置

选取该区间60—70环，在地铁盾构掘进过程中，布置地表沉降监测点：横向（垂直于盾构隧道轴线方向）间隔15 m共布置3个监测断面，测点的横向间距3.0 m，每个断面布置16个测点，沿轴线的纵向测点间距3.0 m，左右线各布置51个监测点。

2 地表沉降值理论计算

2.1 数学模型建立

基于隧道地表沉降的实测数据，将地表沉降曲线简化为概率正态分布曲线，并认为地铁盾构掘进施工引起的地表沉降是在土体不排水固结的条件下由地层土体损失引起的，地表沉降槽的体积应等于地层土体的损失体积，Peck公式如下：

2.2 理论计算结果

选取饱和砂土地层4个试验断面左DK34+946、左DK34+896、DK34+946、右DK34+896，采用式（1）和式（2）得到理论计算沉降槽参数，结果如表1所示，取隧道轴线两侧各40m的横向范围，并进一步绘制了4个试验断面的横向沉降预估曲线，如图1所示。

从图1可以看出，根据Peck公式的预估结果，4个试验断面的最大地表沉降量均在10.0 mm左右，盾构掘进引起的沉降在横向范围内主要集中于隧道中心两侧18 m内。

3 采集数据分析

根据纵、横向51个监测点（60—70环，纵向距离0～150 m）的现场监测数据，得到累计沉降量和沉降速率曲线，如圖2至图5所示。

从图2至图5可以看出，地表沉降监测断面的累计沉降曲线，与Peck经验公式法计算得到的沉降槽曲线变化规律相同，可分为几个阶段：微小沉降阶段、急剧沉降阶段、缓慢沉降阶段、沉降稳定阶段。

4 结论

通过Peck公式的计算预测结果和监测数据分析结果对比得到以下结论。

①Peck公式的计算预测结果满足规范要求且与监测数据分析结果误差较小，验证了Peck公式在本地区的适用性。

②地表沉降变形阶段包括微小沉降阶段、急剧沉降阶段、缓慢沉降阶段、沉降稳定阶段。

参考文献：

[1]李鹏飞，杨玲芝，方恩权.地铁盾构施工引起的地表沉降预测研究[J].安防技术，2013（3）：28-36.

[2]尹文平.深圳富水软弱地层地铁暗挖施工引起的地表沉降及变形控制技术研究[D].北京：北京交通大学，2010：23.

[3] NEW B M，O'REILLY M P. Tunneling induced ground movements： predicting the magnitude and effects[C]//Proc. 4th International Conference on Ground Movement and Structures.London：Pentech Press，1992：671-697.