城市隧道上覆地层整体下沉的力学机制分析

摘要

通过对北京和深圳地铁、厦门海底隧道、机场路等工程的现场监测结果的综合分析表明，浅埋暗挖隧道的受力机制与山岭隧道有较大不同，上覆地层变形体现出明显的整体下沉趋势，且带来的地层开裂、破坏更具突发性和破坏性。针对这种特征，对工程中地层滑动破裂角采用一种新的模型进行推导，其结果显示，地层滑裂角比传统结果大约15°，即滑裂面更陡峭、接近竖直方向，且该滑裂角是围岩参数、应力场、覆跨比、断面矢跨比的函数，一定程度上体现了围岩变形破坏类似的具几何效应，即浅埋暗挖隧道上覆地层的整体下沉、塌陷，突发性冒顶等特征，是由围岩的力学特性和几何特性共同作用的结果。另外，隧道结构下部土体的扰动、损伤、软化等，极易造成下部地层沉降和承载力的丧失，随之而来的即是隧道结构的整体下沉、支护效果恶化以及进一步的上覆地层整体沉降加剧。相应的采用理想弹塑性模型、修正剑桥模型的数值模拟分析，能部分反映这种上覆地层整体下沉的特征。研究结果还表明：对浅埋暗挖隧道围岩受力变形机制、本构关系的研究急需加强。