盾构施工引起的地面沉降变化的规律研究

摘要

在城市空间的立体开发中，盾构法在隧道工程中的应用越来越多。与其他工法相比，盾构法有着无可比拟的优势，如适用范围广、对城市正常功能影响小等等。但是盾构发施工不可避免地会引起地面和地下土体的移动，当土体位移过大时，对周边建(构)筑物和地下管线等设施会造成危害。同时，城市地下铁道往往不以单孔隧道形式出现，大多采用双孔平行隧道，在盾构法隧道施工推进时，施工方式不同，相互之间发生的影响作用不同，引起的地表沉降也不同。
　　 本文以实际工程实例为基础，对双线平行隧道开挖引起的地表沉降建立三维弹塑性有限元模型进行数值研究。建模时考虑了开挖面支护力、土体的扰动、盾尾注浆体的硬化效应。采用该模型进行数值分析，总结得出后建隧道的修建对地表沉降的影响规律。结果表明，隧道间距是引起地表沉降量最大值变化的最主要因素，地层损失率、然后是土体弹性模量和隧道埋深也是重要的影响因素。开挖面支护力，盾尾注浆压力则影响较小。
　　 本文对近间距重叠盾构隧道，将其分为下伏隧道先行开挖和上覆隧道先行开挖两种类型，采用三维弹塑性有限元模型进行了研究。研究的主要因素为：隧道间距、开挖面支护力、地层损失率、土体弹性模量和注浆压力。研究发现，对于上覆隧道先行开挖的情况，隧道间距变化、土体弹性模量变化和地层损失率变化对土体沉降变化率的影响很大。相比之下，下伏隧道先行开挖的情况，上述三个因素的影响比较小。无论哪种情况，支护压力和注浆压力的影响都比较小。总的来说，上覆隧道后开挖有减缓地表沉降的趋势，而下伏隧道后开挖加剧了地表沉降趋势，下伏隧道先行开挖要优于上覆隧道先行开挖的情况。