杜強(qiáng)

中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，太原 030032

盾構(gòu)法以其安全、快速、可適應(yīng)復(fù)雜地層等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為城市隧道施工的主流工法，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中極易遇到復(fù)雜地層、不良地質(zhì)條件的情況。富水砂質(zhì)粉土層地下水位高、含水量高、強(qiáng)度低，且地層敏感、降水沉降大、施工引起的變形大［1-4］。盾構(gòu)穿越富水粉土層容易造成地基沉降，增加施工困難，采用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行水下掘進(jìn)施工時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)較難控制，穿越過(guò)程中易出現(xiàn)涌水噴漿事故［5-10］。

隨著盾構(gòu)法理論與實(shí)踐的發(fā)展，不少學(xué)者對(duì)隧道盾構(gòu)引發(fā)的地層損失進(jìn)行了深入研究。Peck［11］基于大量的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的地面沉降數(shù)據(jù)提出了地表沉降槽曲線符合高斯分布。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展以及有限元理論的日漸成熟，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)運(yùn)用大型有限元分析軟件建立隧道數(shù)值計(jì)算模型，通過(guò)綜合考慮隧道埋深、水位高度、注漿壓力、掌子面平衡壓力、千斤頂推力等影響因素來(lái)探究地表沉降和圍巖穩(wěn)定性的變化規(guī)律，并用于預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)隧道施工對(duì)地層擾動(dòng)情況。朱合華等［12］根據(jù)隧道盾構(gòu)施工階段、注漿材料等特性建立了有限元分析模型，模擬數(shù)據(jù)與大阪地鐵七號(hào)線施工過(guò)程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合良好。王敏強(qiáng)等［13］運(yùn)用三維有限元非線性分析，提出了剛度遷移法來(lái)模擬盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程，認(rèn)為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程即盾構(gòu)剛度和載荷的遷移過(guò)程。劉云雪等［14］采用修正劍橋模型和考慮小應(yīng)變的本構(gòu)模型對(duì)隧道盾構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)小應(yīng)變本構(gòu)模型可以較好地反映施工質(zhì)量對(duì)地層損失的影響。

本文以徐州地鐵2號(hào)線新元大道—新區(qū)東站區(qū)間下穿故黃河富水粉土層的盾構(gòu)施工為工程背景，建立有限元計(jì)算模型，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析盾構(gòu)施工對(duì)地層及管片變形的影響規(guī)律。

1 工程背景

1.1 工程概況

徐州地鐵2號(hào)線一期工程10標(biāo)段包含兩站兩區(qū)間和出入段線，即新元大道站、新區(qū)東站、漢源大道站—新元大道站區(qū)間（701 m）、新元大道站—新區(qū)東站區(qū)間（1 056 m）、出入段線，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。

新元大道站—新區(qū)東站區(qū)間起于新元大道與昆侖大道交叉口，沿昆侖大道布置，下穿故黃河且側(cè)穿故黃河橋后到達(dá)新區(qū)東站。本區(qū)間里程K23+270—K23+600為黃河故道及其支流河道。故黃河河寬約153 m，河底高程32.25 m，正常蓄水位35.00 m，現(xiàn)狀水位高程為33.75 m，即水深1.50 m。資料顯示，隧道頂端覆土厚度僅12.6 m。工程中采用的盾構(gòu)機(jī)總長(zhǎng)約96.0 m，主機(jī)長(zhǎng)度約8.6 m，刀盤(pán)直徑6.48 m。盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑5.5 m，外徑6.2 m，厚度0.35 m，管片環(huán)寬1.2 m。

結(jié)合工程實(shí)際并綜合考慮各種因素，取區(qū)間K23+300—K23+324為研究對(duì)象，即掘進(jìn)的長(zhǎng)度為24 m，共20環(huán)管片長(zhǎng)度。

1.2 水文情況

1.2.1 地下水水位及其補(bǔ)給、徑流和排泄

本區(qū)間地下水主要為淺部第四系粉土層中的孔隙潛水、弱承壓水和基巖裂隙水。

1）潛水。第四系土層中的潛水主要賦存于故黃河兩岸階地沖積形成的砂質(zhì)粉土層及含黏性土粗礫砂中，受大氣降水、故黃河補(bǔ)給，具有明顯的豐水期和枯水期。根據(jù)本次勘察結(jié)果，潛水主要賦存于工程地質(zhì)Ⅳ區(qū)及Ⅴ區(qū)內(nèi)厚層砂質(zhì)粉土層中，潛水水位埋深2.30～4.60 m，水位高程33.35～37.38 m，水位變化幅度為1.00～3.00 m。

2）弱承壓水。本區(qū)間工程地質(zhì)Ⅲ區(qū)內(nèi)砂質(zhì)粉土層上覆蓋較厚粉質(zhì)黏土，砂質(zhì)粉土層上部及下部均為穩(wěn)定的黏土隔水層，具有一定的承壓性。根據(jù)本區(qū)間隧道起點(diǎn)新元大道站抽水試驗(yàn)資料，砂質(zhì)粉土層中弱承壓水靜水位埋深約3.40 m，水位高程約35.90 m，水頭高度約5.90 m，對(duì)本工程區(qū)間隧道施工影響較大；砂質(zhì)粉土為夾層，厚度小且多呈透鏡體狀分布，受補(bǔ)給條件限制，其水量小且承壓性弱，對(duì)本工程區(qū)間隧道施工影響小。

3）基巖裂隙水?；鶐r裂隙水主要賦存于白堊系上統(tǒng)王氏組粉砂巖、礫巖節(jié)理裂隙中，受周?chē)鶐r裂隙水補(bǔ)給，水量較小。場(chǎng)地內(nèi)王氏組粉砂巖、礫巖產(chǎn)狀平緩，傾角約10°，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體較完整，區(qū)間隧道底板下黏土隔水層厚度約12～26 m，鉆進(jìn)過(guò)程中所有鉆孔均不漏漿，基巖水對(duì)本工程隧道施工影響小。

1.2.2 與地表水的水力聯(lián)系

本區(qū)間河道為故黃河河道，現(xiàn)處于淤積狀態(tài)，不存在沖刷。隧道于里程K23+270—K23+600下穿故黃河及其支流河道，故黃河區(qū)域分布有厚層砂質(zhì)粉土，滲透性較好，是地下水與地表水的良好聯(lián)系通道，兩者水力聯(lián)系密切。

2 隧道監(jiān)測(cè)方案

選取里程K23+312，即盾構(gòu)頂進(jìn)10環(huán)處為監(jiān)測(cè)橫斷面，在上方對(duì)應(yīng)的地表布設(shè)橫向測(cè)線，監(jiān)測(cè)該橫斷面的地表沉降。

在隧道拱頂中心正上方對(duì)應(yīng)的地表，沿著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向通長(zhǎng)布置縱向測(cè)線，監(jiān)測(cè)縱斷面地表沉降。

在監(jiān)測(cè)橫斷面的隧道內(nèi)部，在拱頂中心布置拱頂沉降測(cè)點(diǎn)，在隧道的最右端切線斜率最大處布置收斂測(cè)點(diǎn)，在拱底中心布置拱底上浮測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)管片變形。管片變形測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 管片變形測(cè)點(diǎn)布置示意

3 計(jì)算模型的建立

3.1 分析方法

隧道盾構(gòu)施工過(guò)程極為復(fù)雜，在有限元分析中通常進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，將盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)階段看作一個(gè)非連續(xù)的過(guò)程。采用專(zhuān)業(yè)巖土有限元分析軟件Plaxis 3D進(jìn)行數(shù)值模擬。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程為：開(kāi)挖面開(kāi)挖，盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，盾首逐漸深入，施加掌子面壓力；同時(shí)盾尾逐漸脫出，每次掘進(jìn)長(zhǎng)度為一個(gè)管片寬度，每頂進(jìn)一環(huán)，盾尾單元變?yōu)榭障秵卧?；緊接著給空隙單元施加注漿壓力，同時(shí)激活漿體單元處的管片單元。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中盾尾脫開(kāi)后襯砌周?chē)a(chǎn)生了一定的空間間隙，稱(chēng)為盾尾空隙。盾尾空隙的主要來(lái)源包括盾殼厚度、便于管片安裝而預(yù)留的工作間隙、盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)挖產(chǎn)生的超開(kāi)挖間隙。在實(shí)際工程中，盾尾空隙的處理影響施工質(zhì)量。在有限元分析中，對(duì)盾尾空隙的模擬主要有四種方法：①不考慮盾尾空隙，認(rèn)為襯砌與土體直接接觸；②不考慮注漿作用，認(rèn)為盾尾注漿部分完全填充于盾尾空隙；③不考慮盾尾徑縮，認(rèn)為盾尾土體的徑縮量等于盾尾空隙；④盾尾注漿厚度為盾尾空隙的折減，并認(rèn)為注漿層厚度小于盾尾空隙。盾尾空隙由于受到施工方法、掘進(jìn)參數(shù)、土層性質(zhì)等影響，其分布難以量化。在實(shí)際分析中，通常將其簡(jiǎn)化為一個(gè)均勻、等厚、彈性的等代層［15］，如圖2所示。

圖2 盾尾空隙簡(jiǎn)化模型

等代層厚度δ的計(jì)算公式為

式中：η為折減系數(shù)，取值0.7~2.0，對(duì)于硬土層取下限，對(duì)于軟土層取上限；Δ為盾尾空隙理論值，包括盾殼厚度、超開(kāi)挖間隙及工作間隙。

3.2 有限元模型

建模時(shí)，盾構(gòu)隧道開(kāi)挖直徑取6.5 m，管片寬度取1.2 m，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度取8.4 m，即7個(gè)管片寬度。垂直于開(kāi)挖方向的模型寬度取3~5倍隧道直徑，模擬過(guò)程為盾構(gòu)每掘進(jìn)1.2 m，安裝1.2 m的管片，并進(jìn)行同步注漿。數(shù)值模型定義為開(kāi)挖面平行于x方向，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向?yàn)閥方向，豎直方向?yàn)閦方向（向上為正），計(jì)算模型尺寸為20 m×80 m×35 m。采用10節(jié)點(diǎn)單元模擬土體，網(wǎng)格劃分為中等程度，并對(duì)開(kāi)挖面周?chē)M(jìn)行局部加密。襯砌管片與土體接觸面以及盾構(gòu)機(jī)與土體接觸面均采用虛擬厚度因子為0.1的界面單元模擬；管片采用實(shí)體單元模擬，厚度0.35 m；等代層采用實(shí)體單元模擬，厚度0.15 m；盾構(gòu)機(jī)采用板單元模擬，板厚0.15 m。

邊界條件為：沿隧道軸線方向約束y方向位移；沿開(kāi)挖面約束x方向位移；模型底面約束z方向位移；模型上表面施加1.50 m深水壓力。

有限元計(jì)算模型共生成26 501個(gè)單元和36 427個(gè)節(jié)點(diǎn)，見(jiàn)圖3。

圖3 有限元計(jì)算模型

建模時(shí)還考慮了盾構(gòu)機(jī)的斷面收縮影響。盾構(gòu)機(jī)尾部斷面比前端斷面小0.5%。盾構(gòu)機(jī)前端7.2 m長(zhǎng)度內(nèi)直徑逐漸減小，但尾部1.2 m長(zhǎng)度內(nèi)直徑不變，這意味著盾尾具有0.5%的均勻斷面收縮，其余6段具有線性變化的斷面收縮。

3.3 參數(shù)取值

模型采用Mohr?Coulomb屈服準(zhǔn)則，有限元模型的材料參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，計(jì)算過(guò)程中土體的彈性模量取試驗(yàn)土體壓縮模量的3倍［16］。

3.4 基本荷載組合工況

模型計(jì)算時(shí)，施工條件為理想施工質(zhì)量；水壓為模型頂面以上水面高度1.50 m；隧道覆土深度為12 m；隧道注漿壓力在隧道頂端為200 kPa，隨深度的增長(zhǎng)率為20 kPa∕m；隧道掌子面壓力在隧道頂端為200 kPa，隨深度的增長(zhǎng)率為14 kPa∕m；千斤頂推力為10 000 kN，其等效均布荷載為1 555 kPa。

表1 有限元模型材料參數(shù)

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 橫斷面地表沉降

開(kāi)挖面位于監(jiān)測(cè)橫斷面后10環(huán)、監(jiān)測(cè)橫斷面后5環(huán)、監(jiān)測(cè)橫斷面、監(jiān)測(cè)橫斷面前5環(huán)、監(jiān)測(cè)橫斷面前10環(huán)時(shí)，計(jì)算監(jiān)測(cè)橫斷面的地層豎向位移，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 監(jiān)測(cè)橫斷面地層豎向位移計(jì)算結(jié)果（單位：mm）

由圖4可知：隨著盾構(gòu)開(kāi)挖面不斷前進(jìn)，隧道周?chē)馏w受到擾動(dòng)發(fā)生變形；土體變形達(dá)到一定程度后影響至地面，監(jiān)測(cè)橫斷面地表土體沉降逐漸增大，沉降區(qū)域的橫向影響范圍也不斷增大。

模型計(jì)算得到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)橫斷面地表累計(jì)沉降，見(jiàn)圖5。提取隧道中心線對(duì)應(yīng)的地表沉降計(jì)算值，與對(duì)應(yīng)位置的地表測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表2。

圖5 監(jiān)測(cè)橫斷面地表累計(jì)沉降計(jì)算結(jié)果

表2 監(jiān)測(cè)橫斷面隧道中心線處地表沉降計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值

由圖5和表2可知：

1）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)橫斷面地表沉降的計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值基本吻合。

2）開(kāi)挖至監(jiān)測(cè)橫斷面后10環(huán)位置時(shí)，監(jiān)測(cè)橫斷面的地表輕微隆起。這是由于土體開(kāi)挖卸荷，開(kāi)挖面上方對(duì)應(yīng)的縱斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降，且與開(kāi)挖面距離越遠(yuǎn)沉降越小，在土體的整體作用下開(kāi)挖面前方一定距離處的土體產(chǎn)生輕微隆起。

3）隨著盾構(gòu)機(jī)不斷掘進(jìn)，監(jiān)測(cè)橫斷面地表隆起逐漸減小并發(fā)生地面沉降。由于刀盤(pán)切削土體，引起開(kāi)挖面前方土體應(yīng)力釋放，監(jiān)測(cè)橫斷面隧道中心線正上方的地表沉降不斷增大，而監(jiān)測(cè)橫斷面上距隧道中心線16 m處的地表仍保持較小的沉降。監(jiān)測(cè)橫斷面地表沉降曲線近似為正態(tài)分布曲線。這與Peck提出的地表沉降槽橫向分布曲線的變化規(guī)律基本一致［9］。

4）開(kāi)挖至監(jiān)測(cè)橫斷面前方10環(huán)位置時(shí)，監(jiān)測(cè)橫斷面隧道中心線正上方的地表沉降達(dá)到最大值，而此時(shí)監(jiān)測(cè)橫斷面上距隧道中心線16 m處的地表存在輕微隆起，約0.1 mm。從隧道中心線正上方到遠(yuǎn)離中心線16 m范圍內(nèi)均存在地表變形，可以估算出盾構(gòu)開(kāi)挖引起地表沉降的影響半徑為16~20 m。

5）對(duì)于監(jiān)測(cè)橫斷面的隧道中心線正上方，盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)5環(huán)，地表沉降變化量占其累計(jì)沉降的比例依次為162%、84%、54%、21%。這是因?yàn)楹笃谄囱b的管片發(fā)揮了支護(hù)作用，限制了圍巖變形，地表沉降變化速率也逐漸減小并趨于穩(wěn)定。

4.2 縱斷面地表沉降

計(jì)算盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)1環(huán)、5環(huán)、10環(huán)、15環(huán)及20環(huán)時(shí)隧道中心線縱斷面地層豎向位移，見(jiàn)圖6?？芍憾軜?gòu)開(kāi)挖對(duì)地表縱斷面沉降影響明顯；隨著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，開(kāi)挖面前后方土體均發(fā)生地表沉降，距離開(kāi)挖面越遠(yuǎn)，地表沉降越小，甚至在開(kāi)挖面前方一定距離處產(chǎn)生輕微地表隆起。

圖6 隧道中心線縱斷面地層豎向位移云圖（單位：mm）

模型計(jì)算得到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中隧道中心線縱斷面的地表累計(jì)沉降，見(jiàn)圖7。提取其中的最大值，與縱斷面地表沉降測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表3。

圖7 隧道中心線縱斷面地表累計(jì)沉降計(jì)算結(jié)果

表3 隧道中心線縱斷面地表最大沉降的計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值

由圖7和表3可知：

1）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中隧道中心線縱斷面地表沉降的計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值基本吻合。

2）當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)1環(huán)管片長(zhǎng)度時(shí)，開(kāi)挖面正上方縱斷面達(dá)到較大沉降。隨著與開(kāi)挖面距離增加，未開(kāi)挖土體地表沉降逐漸減小，并在開(kāi)挖面正前方14 m處逐漸產(chǎn)生輕微地表隆起。

2）當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至第5環(huán)處，沿軸線方向縱斷面地表沉降分布呈先增大后減小趨勢(shì)，已開(kāi)挖的部分依然保持較大沉降，開(kāi)挖面前方土體沉降不斷減小，并在正前方14 m左右處降為零，地表逐漸隆起。由于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中沉降變化速率基本一致，可以推斷，盾構(gòu)開(kāi)挖對(duì)開(kāi)挖面前方土體的縱斷面沉降影響區(qū)域約為14 m。

3）隨著盾構(gòu)機(jī)的開(kāi)挖，每掘進(jìn)5環(huán)，隧道軸線縱斷面最大地表沉降的變化量占其累計(jì)沉降量的比例依次為6%，12%，7%，4%，可以推斷隨著盾構(gòu)繼續(xù)開(kāi)挖，隧道軸線斷面處的最大地表沉降將繼續(xù)增大，但最終趨于穩(wěn)定。

4）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)開(kāi)挖過(guò)程中，隧道中心線斷面的最大沉降發(fā)生在開(kāi)挖面正后方約12 m處。這是由于盾尾脫開(kāi)后，盾尾空隙部分尚未及時(shí)支護(hù)，只能依靠注漿壓力來(lái)平衡水土壓力以防塌陷。由于土體砂質(zhì)粉土層含水量高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，受到擾動(dòng)后敏感性高，盾尾空隙周?chē)耐馏w受到注漿壓力的作用而產(chǎn)生變形，進(jìn)而影響至地面，在盾尾注漿的上方發(fā)生最大地表沉降。

4.3 管片變形

為研究盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中管片的變形規(guī)律，計(jì)算第一環(huán)管片自安裝至掘進(jìn)20環(huán)過(guò)程中的豎向和水平向位移，見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 第一環(huán)管片截面隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的豎向位移（單位：mm）

由圖8可知：盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中管片變形主要集中在拱頂與拱底處，拱頂沉降，拱底上浮，管片在豎直方向受到擠壓，對(duì)周?chē)馏w變形存在明顯作用。

圖9 第一環(huán)管片截面隨盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)水平位移（單位：mm）

由圖9可知：管片水平方向變形主要集中在拱側(cè)中上部與中下部，且管片整體呈向內(nèi)收斂趨勢(shì)；隨著盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，管片水平變形影響區(qū)域不斷增大，在管片中下部一定深度范圍內(nèi)存在明顯區(qū)域的土體變形，近似橢圓形。

提取第一環(huán)管片拱頂與拱底處的豎向位移變化曲線，并與拱頂沉降測(cè)點(diǎn)、拱底上浮測(cè)點(diǎn)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖10。提取第一環(huán)管片拱腰的水平位移變化曲線，并與收斂測(cè)點(diǎn)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖11。

圖10 第一環(huán)管片拱頂與拱底豎向位移曲線

圖11 第一環(huán)管片拱腰水平位移曲線

由圖10、圖11可知：

1）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中管片變形的計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值基本吻合。

2）管片在施工開(kāi)始階段產(chǎn)生了較大的豎向位移，拱頂沉降，拱底上浮，上浮量約為沉降量的3倍。造成管片上浮的原因主要有：①盾尾脫離產(chǎn)生盾尾空隙，同步注漿階段由于受到水與漿液的包裹產(chǎn)生一定的上浮力；②富水砂質(zhì)粉土層地下水位高，含水量高，強(qiáng)度低，且地層敏感，降水沉降大，施工引起的變形大，盾構(gòu)機(jī)在該地層掘進(jìn)過(guò)程中，土體極容易受到擾動(dòng)，隧道四周被液態(tài)水包裹，產(chǎn)生的浮力克服了上覆土重力，引起較大的豎向位移；③隧道拱底以下1.9 m處為黏土層，盾構(gòu)機(jī)在砂質(zhì)粉土層掘進(jìn)時(shí)，上方軟弱土層壓縮，下方黏土層地基回彈，引起管片上??；④管片變形易受到千斤頂推力、注漿壓力、泥水壓力等施工參數(shù)以及覆土厚度等因素的影響。

3）隨著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)與管片拼裝，管片拱頂沉降逐漸減小并趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S著管片的安裝，襯砌發(fā)揮對(duì)土體的支護(hù)作用，周?chē)馏w變形逐漸趨于穩(wěn)定，使得管片拱頂變形有所減小。

4）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，管片拱底上浮量不斷增大，最終趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樗淼篱_(kāi)挖后下部黏土層應(yīng)力釋放，管片受到向上的地基回彈作用力，隨著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，地基回彈未及時(shí)消失，產(chǎn)生的殘余變形進(jìn)一步增加了管片上浮量。

5）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，管片拱側(cè)發(fā)生內(nèi)斂變形。管片剛安裝時(shí)，存在較大的水平位移，約2.7 mm。隨著盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，周?chē)馏w受到襯砌的支護(hù)作用，管片內(nèi)斂程度迅速減小，在向前掘進(jìn)9環(huán)處達(dá)到最小水平位移，約2.4 mm。繼續(xù)向前開(kāi)挖時(shí)，由于受到殘余變形的影響，水平位移又出現(xiàn)緩慢增大。

5 結(jié)論

為研究下穿富水粉土層的盾構(gòu)施工對(duì)地層損失及管片變形的影響規(guī)律，以徐州地鐵2號(hào)線新元大道—新區(qū)東站區(qū)間下穿故黃河富水粉土地層的盾構(gòu)施工為工程背景，建立有限元計(jì)算模型，計(jì)算盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中隧道橫斷面、縱斷面的地層位移和地表沉降以及管片的豎向和水平向位移，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地表沉降和管片變形的監(jiān)測(cè)結(jié)果予以分析。得出以下結(jié)論：

1）對(duì)于橫斷面，地表沉降曲線近似為正態(tài)分布曲線，這與Peck提出的地表沉降槽橫向分布曲線的變化規(guī)律基本一致；地表沉降影響半徑約16~20 m。

2）對(duì)于縱斷面，盾構(gòu)開(kāi)挖對(duì)開(kāi)挖面前方地表沉降影響區(qū)域約14 m，最大地表沉降發(fā)生在盾尾注漿的上方即開(kāi)挖面正后方12 m左右，盾尾空隙周?chē)耐馏w受到注漿壓力的作用而產(chǎn)生變形。

3）管片在施工開(kāi)始階段產(chǎn)生了較大的豎向位移，拱頂沉降，拱底上浮，且管片上浮量約為拱頂沉降量的3倍。造成管片上浮的因素主要有盾尾空隙、地層特性、地基回彈、施工參數(shù)等。

4）施工質(zhì)量可以通過(guò)等代層的參數(shù)建模來(lái)模擬。理想情況下的地表沉降及管片變形均處于較低水平，而在實(shí)際施工過(guò)程中，盾尾空隙對(duì)施工質(zhì)量影響很大，施工質(zhì)量情況還會(huì)受注漿厚度、注漿填充率、漿液性能等因素的影響。保證良好的施工質(zhì)量，在一定程度上可以減小地表沉降及管片變形。