賈建強(qiáng)

（山西省博大正昊工程勘察設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，山西 太原 030032）

引言

隧道開(kāi)挖會(huì)誘發(fā)地表沉降，合理控制地表沉降對(duì)保護(hù)鄰近地表構(gòu)筑物具有重要的意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一些研究，李小青和馮國(guó)冠等[1-2]以盾構(gòu)隧道開(kāi)挖引起地表沉降變形為研究對(duì)象，采用有限元數(shù)值分析軟件模擬盾構(gòu)隧道施工過(guò)程，分析盾構(gòu)隧道引起的土體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)變化，對(duì)隧道施工引起的地表沉降變形規(guī)律進(jìn)行了分析并對(duì)不同影響因素的敏感性進(jìn)行了研究。孫闖和金明等[3-4]采用FLAC3D軟件對(duì)上海某越江隧道施工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析注漿壓力對(duì)管片上浮的影響。楊圓等[5]依托某地鐵區(qū)間工程，研究盾構(gòu)施工參數(shù)的選取對(duì)隧道開(kāi)挖附近的地表沉降及土體變形的影響，并提出相應(yīng)控制措施，采用Abaqus有限元軟件對(duì)該工程典型掘進(jìn)段進(jìn)行精細(xì)化仿真得到沉降模擬值，并運(yùn)用三維Peck公式得出沉降計(jì)算值，最后與施工過(guò)程中典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)施工參數(shù)對(duì)地表沉降的影響規(guī)律。祝和意[6]認(rèn)為盾構(gòu)法施工作為一種安全高效的隧道施工方法具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對(duì)周?chē)ㄖ镉绊戄^小等特點(diǎn)，然而在盾構(gòu)法施工過(guò)程中刀盤(pán)與盾體，盾體與管片存在間隙，在同步注漿無(wú)法及時(shí)跟上的情況下，容易造成地表沉降。

1 工程概況

隧道直徑為6 m，隧道中心埋深為15～26 m，區(qū)間范圍內(nèi)主要以素填土、黏土、泥灰?guī)r、細(xì)粉砂等為主，工程區(qū)內(nèi)不考慮地表和地下水存在的影響。為了分析盾構(gòu)隧道施工對(duì)地表沉降的影響，選取3個(gè)典型斷面進(jìn)行分析，分別為DK3+006斷面、DK4+124斷面和DK4+375斷面, 見(jiàn)圖1。

圖1 3個(gè)斷面土質(zhì)分布/m

2 現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)隧道施中引起的地表橫向沉降，給出了地表橫向監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，每個(gè)斷面上設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中中間位置的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于隧道軸線(xiàn)正上方。

圖2 水泥穩(wěn)定碎石的運(yùn)輸

圖2 地表橫向監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

DK3+006斷面、DK4+124斷面和DK4+375斷面的實(shí)測(cè)地表沉降數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 斷面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3 數(shù)值模擬對(duì)比分析

3.1 模型建立

DK3+006斷面采用有限元軟件PLAXIS建模分析，見(jiàn)圖3。DK3+006斷面隧道中心埋深為17.0 m。由于隧道埋深較淺，建模時(shí)模型上表面即為地表，模型左右、前后邊界以及底部均進(jìn)行位移和邊界約束，土體本構(gòu)模型采用摩爾庫(kù)倫本構(gòu)模型，混凝土本構(gòu)模型為線(xiàn)彈性模型。由于對(duì)稱(chēng)性，僅建立左側(cè)半邊模型，模型長(zhǎng)、寬、高分別為80 m、20 m和30 m，網(wǎng)格共計(jì)3 764個(gè)。

圖3 數(shù)值模型

表2給出了模型從上至下的土體物理力學(xué)參數(shù)。

表2 土體物理力學(xué)參數(shù)

隧道支護(hù)為預(yù)制管片支護(hù)，襯砌采用結(jié)構(gòu)單元，力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 管片、盾殼及注漿材料的力學(xué)參數(shù)

3.2 不同工況下模型豎向位移分析

在模擬過(guò)程中，以模型中部斷面為監(jiān)測(cè)面，為了分析隧道開(kāi)挖過(guò)程中的監(jiān)測(cè)面的位移變化規(guī)律，給出掌子面距離監(jiān)測(cè)面10 m、8 m、6 m和0 m時(shí)的隧道豎向位移結(jié)果，此時(shí)還未進(jìn)行壁后注漿，見(jiàn)表4。

表4 隧道開(kāi)挖過(guò)程中豎向位移結(jié)果

（1）當(dāng)隧道掌子面距離監(jiān)測(cè)面10 m時(shí)，監(jiān)測(cè)斷面發(fā)生較小的沉降，而在隧道底側(cè)管片壁后注漿位置處，由于圍巖應(yīng)力釋放，發(fā)生了較大的隆起，最大隆起值高達(dá)2.8 mm。（2）管片壁后進(jìn)行注漿，掌子面繼續(xù)向前，當(dāng)掌子面距離監(jiān)測(cè)面8 m時(shí)，監(jiān)測(cè)面最大沉降達(dá)8.7 mm。（3）當(dāng)掌子面距離監(jiān)測(cè)面6 m時(shí)，監(jiān)測(cè)面最大沉降達(dá)9.6 mm。（4）當(dāng)掌子面達(dá)到監(jiān)測(cè)面時(shí)，監(jiān)測(cè)面最大沉降達(dá)10.7 mm。之后，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前時(shí)，監(jiān)測(cè)面地表沉降仍會(huì)繼續(xù)增大，直至最終趨于穩(wěn)定。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析

為了驗(yàn)證數(shù)值模擬過(guò)程和結(jié)果的合理性，給出了DK3+006斷面、DK4+124斷面和DK4+375斷面3個(gè)斷面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地表沉降與數(shù)值模擬沉降對(duì)比，見(jiàn)圖4。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比曲線(xiàn)

由圖4可知，3個(gè)斷面的模擬值均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合良好。（1）對(duì)于DK3+006斷面，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬最大值分別為12.5 mm和13.1 mm，二者誤差約為4.8%。（2）對(duì)于DK4+124斷面，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬最大值分別為12.7 mm和12.4 mm，二者誤差約為2.4%。（3）對(duì)于DK4+375斷面，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬最大值分別為13.2 mm和12.8 mm，二者誤差約為3.1%。綜上，3個(gè)斷面誤差均不超過(guò)5%，說(shuō)明數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。

圖4 水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)典型的3個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)和數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，得到結(jié)論：（1）由于圍巖釋放作用，盾構(gòu)開(kāi)挖離監(jiān)測(cè)面越近，隧道上部土體發(fā)生沉降越大，當(dāng)掌子面分別距離監(jiān)測(cè)面8 m、6 m和0 m時(shí)，監(jiān)測(cè)面最大沉降分別為8.7 mm、9.6 mm和10.7 mm。之后，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前時(shí)，監(jiān)測(cè)面地表沉降仍會(huì)繼續(xù)增大，直至最終趨于穩(wěn)定。（2）DK3+006、DK4+124和DK4+375 3個(gè)斷面的數(shù)值模擬地表沉降值均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合良好，3個(gè)斷面的數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值誤差均不超過(guò)5%，說(shuō)明數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。