盾构掘进、离开施工阶段对地表变形的影响范围及量化预测

摘要

针对盾构掘进中、离开后施工阶段,依据土体弹塑性应力-应变关系进行分析,准确预测地表变形量及影响范围具有重要的理论意义和工程应用价值。在导出隧道周围土体塑性松动圈范围的基础上,提出了盾构掘进中、离开后土体内产生的复合滑动面平面段与水平面夹角分别成45°-φ/2和45°+φ/2(φ为内摩擦角)的结论,推导了土体呈主动、被动状态复合滑动面安全系数Fs公式,并利用随机搜索法,找出可能的滑动面,量化确定盾构掘进、离开阶段横向扰动影响范围。盾构掘进中,地表隆起因盾构上部土体发生剪切位移引起,通过直剪试验曲线中控制应力τ1、τ2、τ3及不同阶段剪切模量Ge、Gp1、Gp2,并依据τ-l曲线控制应力τ1、τ2、τm及相对应的距离l1、l2、lm。推导出剪切位移公式,预测地表隆起量;盾构离开后,地表沉降由盾构上部土体卸荷产生的负超孔隙水压力消散引起土体固结所致,应用修正剑桥模型中土体剪切应变预测沉降量。以武汉过江隧道为工程案例,对地表变形影响范围及隆沉量进行量化计算,得出盾构不同施工阶段横向扰动影响范围、地表隆起量与工程实测值吻合较好,卸荷沉降预测值与总沉降实测值趋势一致。