馬 昭,張明禮,2,段旭晗,趙 博

(1.蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,蘭州 730050;2.蘭州理工大學(xué) 西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心,蘭州 730050)

0 引 言

淺埋暗挖法污染小、噪音可控,在城市隧道工程中廣泛應(yīng)用,但隧道開(kāi)挖極易造成地表不均勻沉降、建筑物傾斜等安全隱患。韓現(xiàn)民等[1]指出淺埋隧道開(kāi)挖斷面形狀、隧道埋深等會(huì)顯著影響地表沉降曲線形態(tài)。淺埋隧道地表沉降受斷面形狀[1]、隧道埋深[2]、以及施工方法[3]等多種因素影響,地表變形復(fù)雜程度高、受外界干擾強(qiáng)、預(yù)測(cè)難度大。因此,科學(xué)預(yù)測(cè)淺埋隧道開(kāi)挖產(chǎn)生的地表沉降是地下工程設(shè)計(jì)和施工關(guān)注的焦點(diǎn)。

隧道開(kāi)挖引發(fā)地表沉降的預(yù)測(cè)方法主要有解析法、經(jīng)驗(yàn)法、數(shù)值法等。李鵬飛等[4]應(yīng)用鏡像法分析隧道地表沉降的時(shí)間效應(yīng),結(jié)果表明地表最大沉降與開(kāi)挖速度和沉降速度系數(shù)呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng);朱正國(guó)等[5]通過(guò)FLAC模擬單雙線鐵路隧道下穿公路的施工過(guò)程,建立了沉降槽寬度系數(shù)和最大沉降量預(yù)測(cè)模型;左昌群等[6]基于分形理論預(yù)測(cè)獅子山隧道開(kāi)挖引起的地表沉降。

解析法存在較多的理論假設(shè)難以直接指導(dǎo)實(shí)際工程,數(shù)值法通常對(duì)邊界條件和材料屬性進(jìn)行簡(jiǎn)化會(huì)影響結(jié)果的可靠性,而經(jīng)驗(yàn)公式法雖無(wú)嚴(yán)密的理論推導(dǎo),但能比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)特定地質(zhì)條件下的地層沉降規(guī)律。Peck[7]通過(guò)分析大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)首次提出地層損失的概念利用高斯曲線描述隧道地表橫向沉降槽的形態(tài);Mair等[8]認(rèn)為地表沉降槽寬度系數(shù)與隧道埋深呈線性關(guān)系,而與施工方法無(wú)關(guān),并修正Peck公式中地表沉降槽寬度系數(shù);韓煊等[9]在Mair研究基礎(chǔ)上認(rèn)為不同埋深均能用高斯曲線來(lái)描述,考慮相對(duì)埋深引入歸一化系數(shù)修正了地表沉降寬度系數(shù);王帥等[10]采用現(xiàn)場(chǎng)案例分析的方法,通過(guò)理論研究與參數(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)典Peck公式進(jìn)行改進(jìn)。江帥等[11]通過(guò)引入縱向開(kāi)挖系數(shù),結(jié)合Peck公式和隨機(jī)介質(zhì)理論,實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道開(kāi)挖動(dòng)態(tài)地表沉降的預(yù)測(cè);郭洪濤等[12]認(rèn)為黃土地區(qū)超淺埋隧道變形受施工不確定性、土體非均勻性、地表荷載隨機(jī)性等因素影響,Peck公式預(yù)測(cè)地表沉降結(jié)果與實(shí)測(cè)值存在較大偏差。

淺埋隧道地表沉降易受斷面形式、隧道埋深等多因素影響。趙東興等[13]探究了隧道斷面形狀對(duì)地表沉降的影響,指出不同斷面開(kāi)挖對(duì)應(yīng)不同的破壞特征和破壞模式,傳遞到地表的擾動(dòng)范圍及地表最終沉降存在差異。房倩等[14]通過(guò)模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著淺埋隧道埋深增加,地表最大沉降呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì),土體擾動(dòng)范圍向隧道側(cè)向擴(kuò)展,而核心沉降區(qū)范圍減小。

綜上所述,在淺埋隧道地表沉降Peck公式修正方面研究成果豐富,但實(shí)際證明經(jīng)典Peck公式在淺埋隧道預(yù)測(cè)地表沉降中存在明顯局限性,未考慮隧道斷面形狀以及隧道埋深等因素的影響。鑒于此,以蘭州市白塔山隧道工程為背景,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)Peck公式進(jìn)行修正,并預(yù)測(cè)不同斷面形狀、不同埋深條件下的地表沉降規(guī)律,為類似工程提供理論和技術(shù)參考。

1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及經(jīng)典Peck公式預(yù)測(cè)

1.1 經(jīng)典Peck公式

通過(guò)分析大量隧道開(kāi)挖引起地表沉降的案例,Peck[7]首次在巖土力學(xué)與地基工程大會(huì)上提出地層損失理論,認(rèn)為地表橫向沉降曲線遵循高斯分布,經(jīng)典Peck公式中地表沉降表達(dá)式為

(1)

地表沉降寬度系數(shù)表達(dá)式為

(2)

式中:S(x)為距隧道中軸線x處的地表沉降;A為隧道斷面面積;η為單位長(zhǎng)度地層損失率;φ為地層土質(zhì)的內(nèi)摩擦角;H為隧道中心點(diǎn)埋深;i為地表沉降槽寬度系數(shù)。

吳昌勝等[15]認(rèn)為地層條件越好單位長(zhǎng)度地層損失率越小,一般而言,大直徑隧道地層損失率在0.5%以內(nèi)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

白塔山隧道位于甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū),上覆地層為Q3黃土,土質(zhì)松軟,圍巖強(qiáng)度等級(jí)為Ⅴ級(jí)。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,開(kāi)挖斷面為馬蹄形,隧道軸線處開(kāi)挖高度約11.2 m,最大跨度約為16 m,超前支護(hù)為小導(dǎo)管加固拱頂?shù)貙?初期支護(hù)是縱向間距0.5 m的I22型工字鋼、0.28 mC25噴射混凝土層、4.5 m的注漿錨桿結(jié)合藥卷錨桿。淺埋隧道開(kāi)挖必定會(huì)引起地表沉降,施工難度大,風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高。因此,布置如圖1兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,NK+602斷面隧道中心點(diǎn)埋深17.75 m,地表布設(shè)9個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),間距約1.5 m;NK+580斷面隧道中心點(diǎn)埋深22.75 m,地表共布置11個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)間距不等,靠近隧道軸線處1.25 m,距離軸線最遠(yuǎn)處測(cè)點(diǎn)間距2.5 m。按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3660—2020)要求,隧道開(kāi)挖后用全站儀對(duì)地表沉降進(jìn)行觀測(cè)。

注:1—6表示開(kāi)挖順序編號(hào)。

NK+602斷面監(jiān)測(cè)從2021年3月3日開(kāi)始,截止日期為8月20日,圖2(a)是地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)程變化曲線,各測(cè)點(diǎn)地表沉降自首次監(jiān)測(cè)后逐漸增大,左側(cè)先行導(dǎo)坑在距離隧道中軸線相同位置地表沉降比右側(cè)后行導(dǎo)坑略小,可能是采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法先開(kāi)挖左側(cè)導(dǎo)坑使右側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)受到擾動(dòng),后開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)坑造成二次擾動(dòng)。監(jiān)測(cè)期間各測(cè)點(diǎn)均經(jīng)歷了緩增期→劇烈變化期→緩增期→穩(wěn)定期4個(gè)階段,地表沉降速率呈現(xiàn)出緩慢增加→劇烈變化→保持不變的趨勢(shì),沉降主要發(fā)生在右上臺(tái)階的開(kāi)挖(K3)和中上臺(tái)階的開(kāi)挖(K5)后的劇烈變化期,占最終累計(jì)沉降的70%左右。橫向地表最大沉降在Z5測(cè)點(diǎn)為35.72 mm,監(jiān)測(cè)點(diǎn)越靠近隧道軸線,地表沉降累計(jì)值越大,反之越小。圖2(b)展示了NK+580斷面各測(cè)點(diǎn)地表沉降時(shí)程變化情況,在監(jiān)測(cè)期內(nèi),隧道左側(cè)D1—D6監(jiān)測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)損壞,故只繪制D7—D11共5個(gè)測(cè)點(diǎn)的地表沉降累計(jì)情況,各測(cè)點(diǎn)地表沉降經(jīng)歷了劇烈變化期→緩增期→穩(wěn)定期3個(gè)階段。D7—D11測(cè)點(diǎn)最終沉降累計(jì)值依次減小,D7測(cè)點(diǎn)地表最終累計(jì)沉降31.55 mm,D11測(cè)點(diǎn)地表最終累計(jì)沉降15.64 mm。相較于NK+602斷面,隨著隧道埋深的增加,距離隧道中軸線相同位置處的地表沉降減小。

4月24日是個(gè)星期一，參觀者不多，但還是有好幾隊(duì)中、小學(xué)生的參觀隊(duì)伍在老師帶領(lǐng)下安靜有序地參觀。博物館展示內(nèi)容除了卡爾梅克人社會(huì)、文化、民俗外，歷史部分占了參觀大廳一層一個(gè)大展廳，其中阿玉奇汗的業(yè)績(jī)占了顯要地位。對(duì)渥巴錫東歸之舉則是用平實(shí)的言詞客觀描述了這一歷史事件始末，少有評(píng)議。值得一提的是，我們?cè)诓┪镳^當(dāng)代卡爾梅克造型藝術(shù)的展廳不僅看到了反映阿玉奇汗與彼得大帝會(huì)面場(chǎng)景的精美的油畫，還看到了土爾扈特末代公主滿琳的巨幅油畫。

圖2 各測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程變化

1.3 經(jīng)典Peck預(yù)測(cè)效果分析

白塔山隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖并進(jìn)行錨噴支護(hù),參考韓煊[16]對(duì)黃土地層損失率建議取值0.22%～0.75%,故在預(yù)測(cè)時(shí)取平均值0.485%。圖3提取NK+602斷面和NK+580斷面穩(wěn)定后的地表沉降值與經(jīng)典Peck公式計(jì)算結(jié)果比較,發(fā)現(xiàn)Peck公式與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相差很大。NK+602斷面地表最大沉降實(shí)測(cè)值約為預(yù)測(cè)值的1.5倍,NK+580斷面D7測(cè)點(diǎn)地表沉降實(shí)測(cè)值約為Peck預(yù)測(cè)值的1.68倍,地表沉降曲線比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)要平緩很多,越接近隧道中軸線誤差越大。誤差來(lái)源可能是因?yàn)榘姿剿淼赖穆裆钶^淺未在經(jīng)典公式適用條件3～5倍的洞徑之間,也可能是白塔山隧道斷面呈馬蹄形而經(jīng)典公式按圓形等效計(jì)算。因此,用經(jīng)典Peck公式去預(yù)測(cè)隧道開(kāi)挖引起的地表沉降是不可取的,需要對(duì)其進(jìn)行修正。

圖3 橫向地表沉降對(duì)比

2 淺埋隧道Peck公式修正

2.1 考慮斷面形狀的Peck公式修正系數(shù)

通過(guò)用Peck公式驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)果表明預(yù)測(cè)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值存在較大差別,需要考慮斷面形狀對(duì)淺埋隧道地表沉降值的影響。本文假定地表沉降與隧道開(kāi)挖體積正相關(guān),即沿隧道埋深方向土體損失越多,地表沉降越大;假定開(kāi)挖單元與隧道軸線的距離影響地表最大沉降值,即斷面形狀沿隧道中軸線分布狀況影響地表最大沉降。

綜合考慮開(kāi)挖單元與隧道中軸線的關(guān)系,引入地表最大沉降形狀修正系數(shù),修正傳統(tǒng)Peck公式計(jì)算的地表最大沉降值,揭示不同隧道斷面形狀對(duì)地表最大沉降的影響。其中,地表最大沉降形狀修正系數(shù)a為隧道開(kāi)挖斷面所有單元對(duì)中軸線靜距的累加與等面積圓所有單元對(duì)中軸線靜距累加的比值,即

(3)

式中:x為隧道斷面各開(kāi)挖單元至隧道中軸線的距離;x0為隧道等效面積圓各開(kāi)挖單元至隧道中軸線的距離;ρ(x,y)為隧道斷面形狀函數(shù);ρ0(x,y)為隧道等效圓形狀函數(shù);Ω為隧道開(kāi)挖斷面面積;Ω0為等效圓形斷面面積。

若開(kāi)挖隧道斷面為規(guī)則的形狀或者可以分割成若干個(gè)規(guī)則部分,則與隧道斷面形狀相關(guān)的地表最大沉降修正系數(shù)可定義為:隧道各個(gè)部分形心到軸心線的距離與面積乘積的累加值和等面積圓各個(gè)部分形心到軸心線的距離與面積乘積累加值的比值。則地表最大沉降形狀修正系數(shù)a可用式(4)表示,即

(4)

式中:zc為隧道各個(gè)部分形心橫坐標(biāo)與隧道斷面中軸線的距離;Ai為隧道各個(gè)部分的面積;zy為等效圓隧道軸線左或右半圓的形心橫坐標(biāo)與隧道軸心線的距離;Ay為等效圓隧道面積的一半。

2.2 考慮隧道埋深的Peck公式修正系數(shù)

Mair等[8]認(rèn)為地表以下的沉降曲線仍能用高斯分布來(lái)近似,但應(yīng)重新審視地表沉降槽寬度。當(dāng)隧道埋深小、開(kāi)挖跨度較大時(shí)(覆跨比<1.5),采用Peck公式預(yù)測(cè)地表沉降會(huì)產(chǎn)生很大的誤差[17]。通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)地表最大沉降值和地表沉降槽曲率變化對(duì)開(kāi)挖擾動(dòng)的敏感性不同[18]?；赑eck公式考慮圓形斷面隧道中心點(diǎn)埋深與地表最大沉降、地表最終沉降關(guān)系,建議計(jì)算淺埋隧道開(kāi)挖引起的地表沉降采用兩個(gè)不同的寬度系數(shù),分別修正地表最大沉降和地表沉降曲線的形態(tài),兩個(gè)地表沉降槽寬度系數(shù)見(jiàn)式(5)、式(6)。

(5)

(6)

式中:imax為地表最大沉降寬度系數(shù);i1為地表最終沉降寬度系數(shù);z0為隧道中心點(diǎn)埋深,是隧道上覆土層厚度z與斷面中心高度h之和。

結(jié)合式(1)、式(2)、式(4)—式(6)可得考慮隧道埋深、形狀等因素修正的地表最大沉降S′max與最終地表沉降S的計(jì)算公式分別為:

(7)

(8)

式中Vi為地層損失率。

3 修正Peck公式驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)修正Peck公式的準(zhǔn)確性,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),提取NK+602斷面和NK+580斷面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定后的地表累計(jì)沉降值與修正后的Peck公式預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,取地層損失率為0.485%。兩監(jiān)測(cè)斷面修正Peck公式的關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

表1 修正Peck公式關(guān)鍵參數(shù)

表2給出了不同隧道形狀地表沉降預(yù)估參數(shù)。根據(jù)表1、表2,將關(guān)鍵參數(shù)代入式(7)、式(8)中,NK+602斷面地表沉降公式為

(9)

表2 不同隧道形狀地表沉降預(yù)估參數(shù)

NK+580斷面地表沉降公式為

(10)

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到各測(cè)點(diǎn)的沉降預(yù)測(cè)值,兩個(gè)斷面修正Peck預(yù)測(cè)值絕大部分與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相符,平均相對(duì)誤差8.3%,最大相對(duì)誤差18.4%。由于NK+580斷面部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)損壞,基于對(duì)稱性的原則假定關(guān)于隧道軸線的對(duì)稱的監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降相等,繪制兩個(gè)隧道監(jiān)測(cè)斷面的橫向地表沉降曲線。由圖4可知,NK+602斷面實(shí)測(cè)值地表最大沉降值在隧道中心處,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與理論預(yù)測(cè)地表最大沉降相對(duì)誤差絕對(duì)值接近10%。NK+580斷面地表沉降預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比情況,最靠近中軸線D7測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值為31.55 mm,預(yù)測(cè)值為29.94 mm,相對(duì)誤差絕對(duì)值在5%左右,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)誤差分布在1.1%～10.5%之間。對(duì)比兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,隧道埋深越淺,應(yīng)用修正Peck公式預(yù)測(cè)地表沉降的相對(duì)誤差越大。通過(guò)驗(yàn)證兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面各測(cè)點(diǎn)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差均在18.4%以內(nèi),表明修正Peck公式預(yù)測(cè)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合度高,滿足實(shí)際工程需要。

圖4 不同斷面橫向地表沉降對(duì)比

4 地表沉降預(yù)測(cè)

4.1 不同斷面形狀隧道地表沉降預(yù)測(cè)

上文已驗(yàn)證白塔山隧道馬蹄形-1型斷面在黃土介質(zhì)中開(kāi)挖的地表沉降以及地表沉降變化規(guī)律,現(xiàn)考慮將開(kāi)挖斷面推廣至5種常見(jiàn)類型進(jìn)行地表沉降預(yù)測(cè)。依據(jù)白塔山隧道的地層條件和施工方法假定地層損失率不變,采用等面積與隧道中心點(diǎn)埋深相同的原則進(jìn)行預(yù)測(cè),揭示不同斷面形狀隧道開(kāi)挖引起地表沉降規(guī)律。通過(guò)式(4)計(jì)算得出與隧道形狀有關(guān)的地表最大沉降修正系數(shù)a,不同隧道形狀地表沉降預(yù)估參數(shù)詳見(jiàn)表2。

5種斷面形狀的隧道中心點(diǎn)埋深均為17.75 m,開(kāi)挖面積均相等。圖5展示了不同斷面類型隧道橫向地表沉降的預(yù)測(cè)情況,在相同埋深下,不同類型斷面開(kāi)挖產(chǎn)生的地表最大沉降差異很大。5種斷面的地表最大沉降依次為矩形-1(Ⅰ)>馬蹄形-1(Ⅱ)>圓形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>馬蹄形-2(Ⅳ)。其中,矩形-1型隧道的中軸線位置的地表沉降是圓形隧道的1.32倍,矩形-1型隧道的地表最大沉降是馬蹄形-2型隧道的1.61倍。馬蹄形-2型隧道的中軸線位置的地表沉降是圓形隧道的0.818倍。在隧道中心點(diǎn)埋深相同的情況下,結(jié)合斷面形狀可知淺埋隧道開(kāi)挖斷面高跨比越小,地表最大沉降越大。實(shí)則是隧道斷面形狀修正系數(shù)a與地表最大沉降成正相關(guān),即斷面形狀修正系數(shù)越大,地表最大沉降越大,地表沉降槽曲線越陡。

圖5 相同埋深不同斷面形狀地表沉降對(duì)比

針對(duì)不同斷面類型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,陳衛(wèi)忠等[19]通過(guò)ABAQUS模擬扁平率在0.53～0.61的淺埋破碎大跨度馬蹄形斷面隧道,指出隨著扁平率的增加,地表沉降逐漸減小;李碩標(biāo)等[20]通過(guò)數(shù)值模擬研究了淺埋矩形地鐵隧道導(dǎo)洞順序優(yōu)化得出橫向大跨開(kāi)挖所引起的地表沉降約是小跨臺(tái)階開(kāi)挖的2倍;劉維等[21]研究矩形淺埋隧道頂管法施工發(fā)現(xiàn)隨著隧道寬高比的增加,減弱了隧道上覆土層的土拱效應(yīng)導(dǎo)致地表沉降增大;茅為中等[22]采用數(shù)值模擬研究地鐵隧道高跨比對(duì)地表沉降的影響,揭示了當(dāng)隧道覆跨比一定,隨著隧道高跨比增加,地表最大沉降量大幅減少。以上研究案例與本文研究不同斷面類型采用地表最大沉降形狀修正系數(shù)得到的5種斷面的地表沉降規(guī)律一致。此外,大斷面淺埋隧道開(kāi)挖引起的地表沉降與土質(zhì)條件、施工方法等密切相關(guān),地表沉降曲線精準(zhǔn)預(yù)測(cè)難度大,還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

4.2 不同埋深Ⅲ(馬蹄形-1)斷面地表沉降預(yù)測(cè)

通過(guò)修正Peck公式對(duì)NK+602斷面和NK+580斷面的地表沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,符合實(shí)際工程要求。白塔山隧道黃土段隧道埋深在4～23 m之間,基于此預(yù)測(cè)不同埋深隧道開(kāi)挖后的地表沉降狀況。假設(shè)隧道開(kāi)挖地層損失率與施工方法有關(guān),地層損失率仍取0.485%,采用修正公式預(yù)測(cè)隧道中心點(diǎn)埋深為12.75、17.75、22.75、27.75 m的(馬蹄形-1)斷面橫向地表沉降預(yù)測(cè)。

不同埋深下(馬蹄形-1)斷面橫向地表沉降如圖6所示。

圖6 不同埋深下(馬蹄形-1)斷面橫向地表沉降

展示了距離隧道中軸線8 m范圍內(nèi)核心沉降區(qū)的地表沉降槽曲線,結(jié)果表明:隧道中心點(diǎn)埋深越淺,隧道中軸線處地表最大沉降越大,地表沉降槽曲線陡,核心沉降區(qū)范圍越大。當(dāng)隧道中心點(diǎn)埋深為12.75 m時(shí),地表沉降曲線呈現(xiàn)出V形,地表最大沉降約為56.60 mm。當(dāng)隧道中心點(diǎn)埋深為27.75 m時(shí),地表沉降曲線呈現(xiàn)出弧形,地表最大沉降約為23.75 mm。隨著隧道中心點(diǎn)埋深由12.75 m變化到27.75 m時(shí),地表沉降曲線形態(tài)由深而窄逐漸變成寬而淺。不同埋深(馬蹄形-1)隧道的預(yù)測(cè)結(jié)果與方燾等[23]采用模型試驗(yàn)得出的結(jié)論一致,隨著埋深的增加,地表沉降槽寬度系數(shù)增大,地表最大沉降減小,為實(shí)際施工提供寶貴的參考價(jià)值。

4.3 工程建議

根據(jù)5種不同斷面形狀隧道的地表沉降預(yù)測(cè)結(jié)果可知:大斷面淺埋隧道在圍巖等級(jí)差時(shí),地表最大沉降值與地表最大沉降修正系數(shù)正相關(guān)。因此,淺埋大斷面隧道在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下應(yīng)盡量增大斷面的高跨比會(huì)使地表沉降減小。

通過(guò)預(yù)測(cè)不同埋深隧道的地表沉降可知:當(dāng)大斷面隧道下穿黃土地層埋深淺時(shí),會(huì)導(dǎo)致地表最大沉降成倍增加。因此,初期支護(hù)要及時(shí)并應(yīng)結(jié)合超前小導(dǎo)管等輔助措施保證拱頂足夠的支護(hù)強(qiáng)度,避免出現(xiàn)拱頂坍塌、地面失陷等事故。

對(duì)不同埋深隧道地表沉降預(yù)測(cè)結(jié)果分析可知:當(dāng)隧道下穿建筑物時(shí),埋深越淺地表沉降核心區(qū)邊緣與隧道中軸線處沉降差越大。即建筑物的不均勻沉降越大,會(huì)影響建筑物正常使用甚至損壞,必要時(shí)應(yīng)對(duì)地表建筑物提前進(jìn)行加固。

5 結(jié) 論

(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與經(jīng)典Peck公式對(duì)比表明雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖時(shí)NK+602與NK+580斷面現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值與經(jīng)典Peck公式預(yù)測(cè)值相差較大,實(shí)際變形量分別為預(yù)測(cè)值的1.5倍和1.68倍。

(2)考慮隧道斷面形狀與埋深的影響的Peck修正公式預(yù)測(cè)值的平均相對(duì)誤差為8.3%,最大相對(duì)誤差為18.4%,表明修正Peck公式在大斷面淺埋黃土隧道中應(yīng)用效果良好。

(3)在淺埋隧道中斷面形狀對(duì)地表沉降結(jié)果影響顯著,矩形-1隧道的地表最大沉降是馬蹄形-2隧道的1.61倍;地表最大沉降與隧道斷面形狀修正系數(shù)成正相關(guān),地表最大沉降結(jié)果依次為矩形-1(Ⅰ)>馬蹄形-1(Ⅱ)>圓形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>馬蹄形-2(Ⅳ)。

(4)不同埋深隧道橫向地表沉降表明,當(dāng)隧道中心點(diǎn)埋深由12.75 m變化到27.75 m時(shí),地表最大沉降增大2.4倍即隨著隧道中心點(diǎn)埋深增加,地表沉降曲線寬度增大,隧道軸心點(diǎn)處地表最大沉降越小,地表沉降曲線由窄而深向?qū)挾鴾\過(guò)渡。