风井开挖与盾构下穿对周边环境影响研究_黄懿.pdf

第 18 卷增刊 2地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol.182022 年 12 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringDec.2022风井开挖与盾构下穿对周边环境影响研究黄懿1,2,严如1,2,张文瀚1,2,程丽娟1,2,李亮1(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,成都,611130;2.四川省城市地下空间勘察设计与建设技术工程实验室,成都,611130)摘要:为研究砂卵石地层盾构隧道下穿区间风井基坑对临近建筑结构及地表沉降的影响,结合成都地铁 17 号线区间风井盾构隧道下穿工程,构建三维数值模型。对风井基坑开挖、支护、盾构穿越风井的全过程施工阶段对临近建筑物的影响进行数值模拟研究,得到了不同施工阶段建筑物变形以及盾构下穿砂卵石地层的临近建筑物变形规律和地表沉降规律以及应力分布结果,发现基坑开挖后地表最大沉降并不是分布于基坑边缘,而是远离基坑边缘一定距离。同时超前模拟了盾构下穿风井过程中地表隆起与沉降的过程,以及对周边建筑的影响程度。通过数值模拟结果和现场实测结果构建地面沉降预测模型,利用 Peck 修正公式对地表变形进行了计算,结果表明沉降预测模型与埋深密切相关,建立起成都地区深厚砂卵石地层城市盾构下穿风井的地表沉降预测模型,可为类似砂卵石地层盾构施工提供参考。关键词:砂卵石地层;深基坑;盾构下穿;地表沉降;预测模型;中图分类号:U451文献标识码:A文章编号:1673-0836(2022)增 2-0943-09Impact Study of Ventilation Shaft Excavation and Shield Tunneling on the Surrounding EnvironmentHuang Yi1,2,Yan Ru1,2,Zhang Wenhan1,2,Cheng Lijuan1,2,Li Liang1(1.Chengdu Engineering Corporation Limited,Power China,Chengdu 611130,P.R.China;2.Sichuan Urban Underground Space Survey Design and Construction Technology Engineering Laboratory,Chengdu 611130,P.R.China)Abstract:In order to study the adjacent building displacement and ground surface settlement when a shield beneath interval air shaft foundation pit in sandy cobble stratum,3-D FEM simulating analysis was used to implement the numerical simulation based on the Chengdu Metro Line 17,which passed an air shaft,as the engineering context for the study.The influence of the whole construction process of foundation pit excavation,support and shield driving on the adjacent building displacement and ground surface settlement were respectively investigated.The results of building deformation,deformation law of adjacent buildings under shield tunneling in sandy cobble stratum,ground surface settlement and stratum stress distribution under different construction stage and different construction step was obtained.It is found that the maximum surface settlement after foundation pit excavation is not distributed at the edge of the foundation pit,but a certain distance away from the edge of the foundation pit.simultaneously,it also simulated the process of surface uplift and settlement in the process of shield tunneling through the air shaft,as well as the impact on the surrounding buildings.The ground surface settlement prediction model was proposed based on the numerical simulation and the in-site measurement results,and the revised Peck formula was used to calculate ground surface settlement,the result shows that the settlement prediction model is closely related to the burial depth.The settlement prediction model of air shaft under urban shield 收稿日期:2022-03-18(修改稿)作者简介:黄懿(1990),男,四川成都人,硕士,工程师,主要从事地下结构及岩土工程方面工作或研究。E-mail:3271891845 基金项目:中国电建集团成都勘测设计研究院科研项目基金(P34616)in deep sandy cobble stratum in Chengdu was established.Meanwhile,this simulation results can provide reference for shield construction in similar sandy cobble stratum.Keywords:sand and gravel stratum;deep foundation pit;shield tunnel under-crossing;surface settlement;prediction model0引言由于城市的快速发展,城市新建地铁已不可避免需要穿越建筑密集区域,即与建筑物近接。目前城市地铁施工常采用盾构法,另一方面,地铁修建过程中深基坑工程也越来越多。施工过程土体开挖造成的卸荷会对地层产生一定的扰动,并给地铁施工和周边建筑的保护构成威胁。成都地区的地层以砂卵石为主,而砂卵石地层具有地层胶结弱、孔隙大、透水性强、颗粒级配差、低黏聚力等工程性质,地层自稳能力差1-2,另一方面,由于单个岩块强度高,局部易于形成临界拱。对于砂卵石地层盾构施工而言,隧道盾构掘进过程中易出现塌方、突水涌砂和变形过大等工程问题。邻近建筑物受地层应力和地层变形产生沉降和倾斜,影响结构物安全和正常使用。对于这类潜在安全隐患,若不采取针对性的控制措施,则邻近建筑的变形发展必将导致后期维护成本的提高,而不加以区分的在施工期间采取保护措施,也容易造成资源浪费。对于新建地铁隧道引起的地表沉降和变形控制,部分学者基于弹性力学和随机介质理论推导了相应的理论计算公式3,并分析了隧道开挖引起的变形问题。也有学者对传统 Peck 公式进行了修正4,并与现场实测变形进行对比,吻合较好。张彬5以上海地铁十一号线徐家汇站至上海体育馆站施工区间隧道四线叠交施工过程中的监测数据为基础,引入修正系数改进与调整 Peck 公式,效果较好。周中等6基于当层法将既有隧道近似等效为一种岩土地层,考虑既有隧道刚度的影响,建立了一种新的新建隧道下穿既有隧道变形预测理论模型,推导出考虑既有刚度影响下的 Peck 公式解。近年来,随着计算机技术的快速发展,有限元分析手段也越来越多的被使用。梁超强等7采用FLAC3D分析了建筑物存在与否以及建筑物刚度对于沉降规律的影响,结果表明,在盾构施工过程中,地表建筑物的存在与否对于最终形成的横向沉降槽影响很小。孙钧等8采用 ANSYS 模拟了交叠隧道土层位移以及地表沉降曲面在盾构推进中的发展变化,得到了地面最大沉降变化规律和塑性区分布规律,提出预注浆加固,以重点控制盾构推进前期 的 地 层 沉 降 量 的 方 法。程 韬 等9采 用MIDAS GTS NX 对砂卵石地层盾构下穿既有线路进行了施工开挖支护三维模拟分析,证明了其技术措施能有效控制既有运营线沉降变形,同时根据理论计算值与施工实际监测值数据较为一致。黄茂松等10采用位移控制边界单元法(DCBEM)对盾构隧道开挖引起分层土体变形进行了深入研究,结果表明 DCFEM 法在计算均质地基和非均质层状地基中都具有较好的精度。除此之外,也有学者在近年来对盾构穿越引起沉降的细观机理11-13和模型试验14上取得研究进展。本文在前人研究的基础上14-16,依托实际工程,采用 MIDAS GTS NX 建立三维数值分析模型,分析了砂卵石地层基坑开挖、支护、盾构下穿风井不同施工阶段对地表沉降和邻近建筑物的内力变形的过程影响;并提出针对砂卵石地层盾构穿越邻近建筑区域的地表沉降预测模型,为此类施工影响保护措施提供参考。1工程概况1.1工程基本概况本工程为成都市某地铁二期工程,工程平面位置示意图如图 1 所示。本站中心里程基坑深度约为 43.45 m,两端基坑最深约 45.53 m,场平标高为503.80 m。参照成都地区基坑设计及施工经验,本站主体围护结构形式采用钻孔灌注桩结合内支撑的支护结构形式,施工期进行基坑外管井降水。主体围护结构形式为:车站标准段围护结构采用1 200 1 800 mm 形式的围护桩,桩的嵌入深度设为 5.0 m,竖向设 6 道支撑,其中,第一道采用800 mm800 mm 钢筋混凝土支撑,其第三、五道采用 1 000 mm1 000 mm 钢筋混凝土支撑,其余均采用直径 609 mm16 mm 的钢管支撑,支撑布置449地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷如图 2 所示。图 1区间风井及盾构区间平面位置Fig.1Interval air shaft and shield interval plane position图 2区间风井结构剖面图Fig.2Profile of air shaft structure1.2工程地质条件和水文条件场区从区域地质背景分类属于砂卵石地层,成都地区砂卵石地层由岷江冲洪积、冰水堆积而成,工 程 建 筑 持 力 层 及 围 岩 主 要 为 第 四 纪 松 散 地层17。场 地 地 基 土 主 要 由 第 四 系 人 工 填 土(Q4ml)及 砂 卵 石 组 成,下 伏 白 垩 纪 灌 口 组 泥岩(K2g)。该区域地层分布以深厚的稍密至密实卵石、花岗岩、石英砂岩为主,中等风化,呈亚圆形,磨圆度较好,卵石粒径一般 3 7 cm,大者可达 20 cm 以上,隙间充填中砂、圆砾及少量细粒土,整体受力情况较好。白垩系灌口组(K2g)泥岩,紫红色,块状构造,泥质胶结,按风化程度可分为强风化泥岩和中等风化泥岩。强风化泥岩风化裂隙很发育,岩芯呈碎块状,局部夹较硬质泥岩,本次揭露厚度 0.4 2.1 m中等风化泥岩,裂隙较发育,岩体完整性较好,岩芯较完整,局部夹有破碎泥岩。2模型的建立与参数取值本文采用 MIDAS GEN 对地上建筑结构进行三维模型建立,采用 MIDAS GTS NX 对复杂地层和地下结构进行三维模型建立,后将建筑结构、地下结构与地层进行耦合得到最终模型,并进行施工阶段计算,探究基坑开挖和盾构施工对地表沉降和周边建筑的影响。整体模型长为 322.48 m,宽为 289 m,高为80 m,计算范围的底部、左侧和右侧均大于隧道宽度的 5 倍。上边界取地面,左右两侧约束水平位移,上部为自由边界,下部为固定约束,施加重力应力场,建筑结构模型分别为 15 层与 5 层的框架结构,基础采用桩基筏板形式,桩基础采用梁单元模拟,筏板基础采用实体单元模拟,框架结构立柱与主次梁采用梁单元模拟、各层楼板采用板单元模拟,围护结构采用计算等效厚度板单元模拟钻孔灌注桩,隧道衬砌结构采用板单元模拟。模型共计953 259 个节点,243 774 个 单 元,其 中 3D 单 元219 686 个,2D 单元 19 985 个,1D 单元 4 103 个,整体上下协同模型如图 3 所示。表 1 为基坑支护结构参数。图 3盾构隧道穿越风井区间计算模型Fig.3Numerical model of shield tunnel cross air shaft为更真实的模拟砂卵石地层开挖的实际变形,土体模型采用修正 莫尔库伦本构。修正摩尔 库伦本构模型是在摩尔 库伦本构基础上改善的本构模型,特别适用于像砂土或卵石具有摩擦特性的材5492022 年增刊 2黄懿,等:风井开挖与盾构下穿对周边环境影响研究料,用于模拟具有幂率关系的非线性弹性模型和弹塑性模型的组合模型。假设土体在卸载和重加载时是弹性的。但是实际上土体刚度为完全弹性的应变范围十分小。随着应变范围的扩大,土体刚度会呈非线性衰减。Masing 在研究材料的滞回行为中发现土体卸载/重加载循环中遵循以下准则18,卸载时的剪切模量等于加载曲线中初次加载时的初始切线模量,卸载重加载的曲线形状与初始加载曲线相同,但数值为其两倍。图 4 为三轴试验中得到的各刚度参数曲线。表 2 为土层物理力学参数。图 4修正 M-C 土体模型中的刚度参数Fig.4Stiffness parameters of revised M-C soil model其中 E50为标准三轴排水试验所得割线模量,Eur 为工程应变卸载/重加载模量,E0=2G0(1+ur),其中 ur为泊松比,G0为小应变阶段的参考剪切模量。该图表明,通过经典的三轴试验和侧限试验,施加围压的过程中,当轴向应力大于围压以后,在偏应力作用下,轴向应力 应变关系表现为双曲线关系,定义某一点的切线模量为变形模量 Et,可以看出变形模量不是常数,随着偏应力增大、变形模量逐渐减小;轴向卸荷至围压时,试样存在不可恢复的塑性变形,而且卸荷回弹再压缩模量要显著大于变形模量。表 1基坑支护结构参数Table 1Parameters of foundation pit support structure名称截面/mm密度/(kgm-3)弹性模量/GPa泊松比砼支撑800800250031.50.2围护结构850250031.50.2钢管支撑609167 8502060.3800167 8502060.3抗拔桩1 2002 50031.50.2表 2土层物理力学参数Table 2Physico-mechanical parameters of soil层号地层分布厚/mc/kPa/()E50/MPaE0 edref/MPa卸载弹性模Eurref(MPa)/(kNm-3)1杂填土8.0886.856.8522.518.62中细砂4.033515154819.03卵石土25.0235404012620.54中风化泥岩18.0804011611644024.45砂岩35.01205520520565021.83计算结果分析3.1基坑开挖与竖井施工对地表沉降的影响图 5 给出了风井基坑开挖支护与风井主体结构施工过程中地表不同位置的沉降变化趋势。从图 5 可以看出整个位移变化可以分为两个阶段。第一阶段为基坑开挖与支撑(第 1-15 开挖步骤),为基坑分层开挖和施加支撑相互交替的施工阶段,这一阶段沉降值有一定的波动但随分层开挖缓慢地增大,可以发现,施加支撑后会抑制变形的发展,基坑地表的沉降增加相对较快,因砂卵石地层本身抗变形性能较强,临近建筑及地表的沉降发展非常缓慢,开挖快结束时,其地表沉降达 4 mm,约为建筑沉降的一倍。在第 14-15 施工步,即最后一层开挖与施作底板结构之前,由卵石土挖到中风化泥岩层时,地表沉降有一次突变,基坑地表沉降与临 近 建 筑 地 表 的 沉 降 量 分 别 从 4.1 mm 与2.0 mm 增加到 8.1 mm 与 6.1 mm,分别增长了与100%和 200%。第二阶段为拆撑与风井施工(第 15-28 施工649地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷步),由图可知,第二阶段的沉降速率略大于第一阶段,拆撑过程会增大基坑地表和临近建筑地表的沉降量,而竖井结构施工后会控制沉降的增加,因此在支撑拆除后应立即进行竖井主体的施工,以减小地表沉降带来的不利因素;在整个阶段,基坑地表的沉降量均大于临近建筑地表的沉降。风井底板施工后的各阶段结构体施工对周边土体仍然存在一定扰动,沉降仍然有所增大直到整个风井主体结构施工结束。图 5不同位置各施工步的沉降变化 Fig.5Settlement under different position and construction step图 6 给出了基坑四周 4 个方向距离基坑边缘不同距离的沉降变化趋势,基坑开挖对临近地表产生沉降槽的分布在 4 个侧边因临近房屋荷载的存在而有所差别。由图可知,基坑侧沉降较大,均在9 mm 左右,但未达到最大值,最大沉降出现在距基坑很小的距离处,约在距离基坑边线 610 m 处,图 6基坑开挖地表周围沉降Fig.6Ground surface surrounding settlement duringfoundation pit excavation沉降影响范围约在基坑边线外 18 20 m 的范围,形成一个沉降槽,符合基坑开挖后地表沉降的一般规律19-20。这主要是由于支撑结构与土体间的接触面粗糙,接触面越大,摩擦越大,因此,最大沉降发生在距离基坑一定距离处,而地表发生沉降的原因是由于基坑周边土体向基坑开挖处的空间运动导致的开挖断面收缩。其沉降的大小不同由是由上部建筑荷载分布的差异引起,坑底土体开挖后应力释放较大,加上砂卵石土层缺乏黏聚力,土体自稳性不如粘性土,靠近建筑一侧的沉降最大达 11.5 mm。砂卵石地层风井基坑开挖引起的地表沉降和房屋不均匀沉降规律符合一般认知,与粘性土、砂土地层的基坑开挖地表沉降分布模式没有本质区别。基坑开挖对临近建筑带来的一个重要不利影响为地基不均匀沉降。地基的不均匀沉降易使建筑物产生裂缝,如竖向裂缝、斜向裂缝等。竖向裂缝一般由弯曲受拉形成,当建筑端部产生有沉降时,混凝土结构的上部结构梁板产生拉应力,使梁出现竖向裂缝,在基坑的开挖过程中需加强对建筑结构的观测。3.2盾构下穿施工对既有建筑的影响竖井结构施工完成后,开始进行盾构施工的模拟,图 7图 9 盾构下穿施工前后对建筑位移的影响,其中,图 7 为盾构施工下穿风井对建筑筏板和竖井顶板的竖向位移影响。由图 7 可知,在模拟范围内的盾构下穿时,其整个过程可分为 3 个阶段,第一阶段为盾构从远处开始施工,位移从 0 缓慢增加,当盾构靠近建筑和竖井时,变形开始增大,并进入第二阶段,此阶段建筑筏板和竖井顶板的竖向位图 7盾构施工对结构筏板竖向位移的影响Fig.7Influence of shield construction on vertical displacement of building raft7492022 年增刊 2黄懿,等:风井开挖与盾构下穿对周边环境影响研究移均会 快 速 增 加,竖 井 顶 板 尤 为 明 显,增 加 约0.3 mm,盾构远离竖井时为第三个阶段,此阶段竖向位移趋于稳定。图 8 为盾构施工过程对左右房屋桩基竖向位移的影响曲线,相似的,桩基的竖向位移也分为三个阶段,第一阶段为盾构接近桩基施工阶段,对桩基几乎无影响,当盾构下穿桩基正下方时,桩基会出现 向 上 位 移,这主要是由于盾构破壁顶进造成的。当盾构远离桩基时,桩基便会继续向下沉降,如图所示进入第二阶段,且沉降速度较快,远离桩基时,便会进入平稳稳定阶段,不再有明显的沉降。对比图 7 可以发现,桩基沉降较先进入第二阶段,同时,桩基的最大沉降会较筏板的最大沉降大,桩基的最大沉降为 0.98 mm,这主要是由于桩基离盾构隧道的距离更近,盾构施工造成的土层损失先一步影响到桩基,筏板在沉降过程中出现滞后性。图 8盾构施工对结构桩基竖向位移的影响Fig.8Influence of shield construction on vertical displacementof building pile foundation左右侧建筑的不均匀沉降变形如图 9 所示,可以看出,经过盾构隧道下穿后靠近盾构正上方更近一侧的建筑沉降明显大于远离盾构正上方的建筑沉降量,说明对周边地层以及建筑的影响随着距离隧道中线水平距离呈递减趋势。整个过程的筏板的最大 竖 向 位 移 约 为 0.3 mm,竖 井 顶 板 约 为0.6 mm,满足相关建筑物的变形要求14。即深层盾构在卵石地层中掘进对临近建筑的桩基变形影响是非常小的,因为桩基有嵌固深度,而且建筑结构整体刚度可以减小桩基变形,同时砂卵石良好的成拱性,对上部建筑的稳定性和变形影响非常小。图 9盾构下穿后地表建筑变形云图Fig.9Nephogram of building deformation after shield construction3.3盾构下穿施工对地表沉降的影响图 10图 11 给出了盾构施工结束时地表的位移沉降云图和地表沉降曲线,由图可知,有限元模拟的砂卵石地层沉降曲线符合 Peck 公式模型,有明显的沉降槽,在风井基坑处的影响范围最大,与现场实际监测数据规律相同,且现场由于施工干图 10盾构下穿结束时地表位移云图Fig.10Nephogram of surface displacement at the end of the shield construction图 11盾构下穿结束时地表位移云图Fig.11Nephogram of surface displacement at the end of shield construction849地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷扰等因素,实测数据稍微偏大,但也在合理范围内,同时,由于建筑物的影响,使左右沉降曲线不对称。等效塑性应变区的分布显著体现了盾构穿越时卵石地层的破坏趋势如图 1213,盾构掘进过程中每循环顶进安装管片后再顶进的工况所引起的地层塑性破坏较大,而在区间顶进过程中不造成大面积地层破坏,这也与卵石内摩擦角较大的因素有关,从地面等效塑性应变区域分布规律可以发现,地表沉降较大的位置,同样也出现了部分塑性破坏,同时发现建筑桩基所在的位置并没有大面积进入塑性破坏,相对于此处地层变形较小,因此我们可以通过观察地层塑性应变区域的分布来推导地表沉降及地层变形的影响性关系。图 12盾构掘进地层等效塑性应变纵断面云图Fig.12Nephogram of equivalent plastic strain profile of shield tunneling stratum图 13盾构掘进地层等效塑性应变横断面云图Fig.13Nephogram of equivalent plastic strain cross section of shield tunneling stratum4盾 构 下穿砂卵石地层沉降 预测模型由前述分析可知,该实际项目中,盾构穿越对临近既有建筑的影响并不显著,对此类地层的房屋保护相对较简单且经济,甚至在房屋监测过程中如果监测指标未达到预警值时可不必采取任何措施。但是地层损失导致的地表沉降不可忽略,特别对于盾构过站的风井结构,盾构穿越过程存在与风井结构进洞和出洞的重要环节,而风井结构对沉降变形较为敏感,在砂卵石地层易产生裂缝和渗水等病害,因此在穿越风井区间的沉降预测显得尤为重要。本节在现场实测数据和有限元分析基础上提出砂卵石地层地铁盾构穿越风井区间位置的地层沉降预测模型。4.1沉降预测模型的建立通过整理结果数据分析发现,在风井平面尺寸一定的情况下,横向沉降分布曲线的沉降槽半宽度i 与盾构隧道的埋深存在正相关关系,而与风井结构的深度以及盾构开挖面与风井的距离没有明显的相关性。风井结构相对土层来讲刚度较大,地表沉降的大小与风井结构的深度以及盾构开挖面与风井的距离有关,而对于砂卵石地层地铁隧道的埋深可假定只是影响沉降槽形态的重要因素,根据相关关系将沉降槽的表达式构建如下:peck 曲线的沉降槽公式为:S(x)=V12 iexp-x22i2()=Smaxexp-x22i2()(1)通过对数变换可写成:lnS(x)=lnSmax+1i2-x22()(2)令m=lnSmax,n=1i2(3)采用最小二乘法拟合计算数据,通过回归分析求待定参数的取值。对实测沉降测点,取距离隧道中心线的水平距离分别为 x0、x1、x2、xk,(x1x2 xk),对应的沉降 量 分 别 为 S0、S1、S2、Sk,则系数 n 可表示为:n=-x2j2()lnS(xj)|-1k-x2j2()|lnS(xj)-x2j2()2-1kx2j2()2(4)将有限元计算数据代入得 n=0.006 162。系数 m 可表示为:m=1klnS(xj)-nk-x2j2()|(5)将有限元计算沉降数据代入得 m=2.543。9492022 年增刊 2黄懿,等:风井开挖与盾构下穿对周边环境影响研究因此沉降槽预测公式可简化为:S(x)=emexp-nx22()(6)对于临近风井区域的地表沉降预测,参照经典的克洛夫 斯密特公式:iR=z2R()0.8(7)考虑到卵石地层的特性带来的参数变化,建立沉降槽宽度与隧道中心埋深 z 之间的关系式:i=z0.8(8)式中:为待定系数。通过上文论述 peck 曲线修正的沉降槽公式:S(x)=(H,d)emexp-x2z0.8()(9)式中:H 为竖井结构深度;D 为沉降槽断面与风井结构的净距。(H,d)为与 H,d 相关的沉降修正系数。由有限元计算分析结果趋势及边界条件。通过边界条件假定沉降修正系数的表达式为:(H,d)=1-0.23e-1d+0.23e-1d-2H(10)通过对 50 m 深竖井及距离竖井 10 m 及 0 m的计算结果分别代入,求得参数 1,2的值为:1=0.129,2=0.018(11)取计算模型中的隧道中心线埋深 z=36 m,由沉降槽宽度的回归分析结果得出:=z-0.8/n=0.144(12)因此在临近竖井的卵石地层沉降槽预测模型为:S(x)=-(1.272-0.292e-0.129d+2.92e-0.129d-0.018H)exp-x2(1.44z0.8)2()(13)4.2沉降预测模型的对比分析通过分析预测模型与现场实测结果,可以发现数值模拟结果、现场实测沉降和构建的地面沉降预测模型的分布规律基本相符,同时验证了 Peck 修正公式对地表沉降预测的可行性,该地表沉降预测模型适用于成都地区深厚砂卵石地层盾构下穿风井结构的沉降预测,符合当地多年的施工经验,特别针对于超深盾构区间施工时,预测整体地表沉降以及对现有结构的影响。同时与现有经典预测模型以及现场实测、数值计算结果进行对比,误差见表 3。表 3地表沉降预测计算误差分布Table 3Distribution of calculation errors in the prediction of ground subsidence沉降对比数值计算预测计算现场实测经典法Smax/mm-1.182-1.326-1.418-1.985误差/%15.58%6.48%1.68%29.47%沉降 槽 最 大 值 与 分 布 区 间 误 差 不 超 过6.48%,相 较 于 经 典 法 的 计 算 结 果 偏 差 达 到 了29.47%,由此可以发现,通过经验公式修正的方法对经典公式进行优化后,本文建议的考虑风井结构刚度影响下的修正 Peck 公式既简单、便捷,同时又考虑了既有风井结构的刚度影响,相对于数值模拟计算偏保守的结果,可以更加经济合理的快速预测沉降趋势,在工程初步设计阶段,结合部分复杂完整的数值模型计算对比,可以较准确地进行新建隧道下穿沉井的变形预测,从而快速进行合理的线路规划且节省工程投资。5结论(1)有限元计算结果表明深基坑开挖过程中,基坑周围地表沉降呈现类似于抛物线的非线性分布,需预防地基不均匀沉降对建筑带来的不利影响,由于支撑的作用,地表沉降在离基坑较近处出现最大值,通过分析地表沉降的分布规律,有利于针对性的预测与处理地表沉降造成的不利影响。(2)由于砂卵石磨圆较好,质地坚硬,地层分布较厚,故在相互挤压变形的过程中,内摩擦角能够有效的抵抗剪切变形,卵石骨架之间局部形成良好的成拱形,故深埋卵石地层盾构施工过程对地表建筑的影响较小,不会形成整体失稳,盾构两侧的沉降趋势符合 Peck 理论曲线趋势,由于建筑的影响,左右两侧曲线不呈对称分布。(3)通过经验公式推导后的修正 Peck 曲线结合有限元计算结果的趋势推演出卵石地层临近风井盾构区间的地表沉降预测模型,模型中考虑了开挖面与风井间距和风井深度的影响,通过回归分析得可出预测模型参数的取值。(4)通过工后沉降的现场实测数据验证了针对卵石地层盾构地表沉降预测模型的合理性,预测模型与现场实测数据的偏差基本在 8%以内,模型059地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷参数可通过更多类似工程案例得到进一步修正。参考文献(References)1仇文革,万世付,高刚刚,等.砂卵石地层盾构隧道下穿铁路咽喉区地表沉降控制研究J.现代隧道技术,2021,58(5):37-45.2王飞.深厚砂卵石地层超深竖井施工降水模型试验研究J.现代隧道技术,2022,59(1):176-194.3朱忠隆,张庆贺,易宏传.软土隧道纵向地表沉降的随 机 预 测 方 法 J.岩 土 力 学,2001,22(1):56-59.4Fang Y,He C,Nazem A,et al.Surface settlement prediction for EPB shield tunneling in sandy ground J.KSCE Journal of Civil Engineering,2017,21(7),2908-2918.5张彬.基于上海地层多线叠交盾构施工的 Peck 公式之改进J.土工基础,2020,34(6):695-698.6周中,陈云,缪林武.基于当层法的新建隧道下穿既有隧道引起的变形预测模型研究J.现代隧道技术,2020,57(5):99-103,35.7梁超强,葛忻声,赵娟,等.盾构下穿浅基础建筑的沉降 规 律 分 析 J.太 原 理 工 大 学 学 报,2021,52(2):256-262.8孙钧,刘洪洲.交叠隧道盾构法施工土体变形的三维数值模 拟 J.同 济 大 学 学 报(自 然 科 学 版),2002,30(4):379-385.9程韬,郭洋洋,有智慧.大粒径富水卵石地层盾构下穿既有线技术措施 J.地下空间与工程学报,2020,16(增 1):224-231.10 黄茂松,张治国,王卫东.基于位移控制边界单元法盾构隧道开挖引起分层土体变形分析 J.岩石力学与工程学报,2009,28(12):2544-2553.11 滕丽,张桓.盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征细宏观分析 J.岩土力学,2012,33(4):1141-1150.12 江英超,方勇,何川,等.砂卵石地层盾构施工滞后沉降形成的细观研究 J.地下空间与工程学报,2015,11(1):171-177,265.13 王俊,何川,胡瑞青,等.土压平衡盾构掘进对上软下硬地 层 扰 动 研 究 J.岩 石 力 学 与 工 程 学 报,2017,36(4):953-963.14 范祚文,张子新.砂卵石地层土压力平衡盾构施工开挖面稳定及邻近建筑物影响模型试验研究 J.岩石力学与工程学报,2013,32(12):2506-2512.15 龚学权,唐聪,陶炳权.砂卵石地层盾构下穿浅基民房片区变形控制技术 J.城市轨道交通研究,2018,21(8):91-95,159.16 陈伟文,刘乐,陈志波.考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究J.地下空间与工程学报,2019,15(2):365-372.17 党红章.成都地铁密实砂卵石地层工程地质特性及施工方法浅析 J.现代隧道技术,2007,44(5):7-11.18 Chehat,Harichane,Karray.Non-linear soil modelling by correction of the hysteretic damping using a modified Iwan model together 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