城市地铁隧道盾构法施工地表沉降分析1

武汉工程大学本科毕业论文日城市地铁隧道盾构法施工地表沉降分析CITIESMETROSHIELDTUNNELINGSURFACESUBSIDENCEANALYSIS学生姓名指导教师武汉工程大学本科毕业论文武汉工程大学本科毕业论文摘要浅埋暗挖隧道上覆地层己无自承载能力，荷载应全部由隧道支护结构来承担，但实际上，不但是土层，即使是干砂，地层仍能形成自然载拱。大量资料表明，随着地基土层压缩模量的增加，地面沉降逐渐减小。在土层压缩模量较小时，地面沉降和水平位移受模量的变化影响很大，随着盾构外径的增大，则由盾构施工引起的单位长度的地层损失就随着增大，在相同地面沉降槽宽度的情况下，最大地面沉降也随着增大；而隧道覆土厚度越大，则最大地面沉降值就会越小，但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度与盾构外径的比值即HD的增大而减小。土压舱压力过大，则地面隆起，压力过小，则地面产生沉降。盾构推进过程中，盾构纠偏、叩头、抬头、曲线推进等造成的超挖都会使得实际开挖面大于设计开挖面，从而引起多余的地层损失。在盾构暂停推进时，千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。由于盾构壳具有一定的厚度，为了便于管片的拼装及盾构的纠偏而在盾构壳与衬砌之间保留有一定的空隙。千斤顶推动盾构机前行时，在盾尾衬砌管片外围形成了建筑空隙，使得周围土层要填充建筑空隙而发生涌向隧道的位移而引起地面沉降。关键词盾构沉降有限元武汉工程大学本科毕业论文IABSTRACTSHALLOWTUNNELSOVERLYINGSTRATAHADNOSELFLOADCAPACITY,THELOADSHOULDALLBYTUNNELSUPPORTINGSTRUCTURETOBEAR,BUTINFACT,NOTONLYTHESOIL,EVENDRYSAND,FORMATIONCANSTILLFORMANATURALARCHOUTLARGEAMOUNTSOFDATASHOWEDTHATWITHTHEFOUNDATIONSOILCOMPRESSIONMODULUSINCREASES,LANDSUBSIDENCEDECREASESINTHESOILCOMPRESSIONMODULUSISSMALL,GROUNDSUBSIDENCEANDHORIZONTALDISPLACEMENTMODULUSCHANGESBYAGREATIMPACT,WITHTHESHIELDDIAMETERINCREASES,CAUSEDBYSHIELDCONSTRUCTIONUNITLENGTHINCREASESASGROUNDLOSSONINTHESAMESLOTWIDTHOFLANDSUBSIDENCEINTHECASE,ALONGWITHTHEMAXIMUMGROUNDSUBSIDENCEINCREASESWHILETHETUNNELFUTUHOUDULARGER,THESMALLERTHEMAXIMUMVALUEOFGROUNDSUBSIDENCE,BUTTHEGROUNDSUBSIDENCETROUGHWIDTHISGREATERMAXIMUMGROUNDSUBSIDENCEWITHFUTUHOUDUSHIELDDIAMETERRATIOWITHTHATOFH/DINCREASESEARTHPRESSURETANKPRESSUREISTOOLARGE,GROUNDUPLIFT,THEPRESSUREISTOOSMALL,GROUNDSETTLEMENTPRODUCEDSHIELDFORWARDPROCESS,SHIELDCORRECTION,KOWTOW,RISE,CURVEPROPULSIONCAUSEDOVERBREAKWILLMAKEMORETHANTHEACTUALDESIGNOFTHEEXCAVATIONFACEEXCAVATIONFACE,CAUSINGEXCESSGROUNDLOSSSHIELDPAUSEINADVANCE,THEJACKMAYCAUSERETRACTIONSPILLSHIELDBACK,SOTHATTHEEXCAVATIONFACESLUMPORLOOSESOIL,CAUSINGFORMATIONDAMAGETHESHIELDCASINGHASACERTAINTHICKNESS,INORDERTOFACILITATETHEASSEMBLYANDTHESHIELDTUBESHEETCORRECTIVESHIELDCASEANDTHELININGINACERTAINGAPBETWEENTHERETENTIONJACKPUSHSHIELDBEFORETHEROW,THESHIELDTAILLININGSEGMENTSFORMINGTHEBUILDINGPERIMETERGAP,MAKINGTHESOILAROUNDTHEBUILDINGTOFILLTHEGAPOCCURREDFLOCKTUNNELCAUSEDTHEDISPLACEMENTOFGROUNDSUBSIDENCEKEYWORDSFINITEELEMENTSHIELDSETTLEMENT武汉工程大学本科毕业论文II目录第1章绪论111课题的目的、意义112国内外研究现状2121北京地铁十号线2122天津地铁三号线3123重庆轻轨新线一期3124杭州地铁2号线313课题的主要研究内容3第2章盾构法施工地表沉降分析方法521影响地表沉降的因素5211地基土体特性的影响5212覆土厚度H和盾构外径D的影响5213土压舱压力的设定及盾构推进方向的改变5214盾构后退5215盾尾注浆填充率5216土体挤入盾尾空隙6217盾构推进速度的影响6218地下水的影响6219在土压力的影响622施工的主客观因素进行分析7221客观因素7222主观因素723盾构法施工地表沉降分析方法8231经验公式法8232室内模拟试验法11233理论法预测12第3章盾构法施工地表沉降的数值模拟与分析1731数值模拟软件介绍17311FLAC3D简介17312ANSYS简介1832工程概况2532数值模拟分析27321计算模型建立27322材料参数及材料本构关系28323计算结果及分析29第4章各种因素对地表沉降的影响分析3341考虑不同深度的的沉降分析33411计算模型建立33412计算结果及分析33第5章结论3751本次分析存在的不足与局限37武汉工程大学本科毕业论文III52结论37参考文献39致谢41武汉工程大学本科毕业论文0第1章绪论11课题的目的、意义近年来，世界范围内的城市化水平一直呈现出不断上升的趋势，即城市数目和规模都不断增加和扩大。随着中国经济的加快发展，中国的城市化进程己大大加快，预计到21世纪中期，我国的大中城市将增加到1000多个，城市化水平将达到50以上。但是，交通拥挤已成为制约我国城市发展的突出问题，如北京市干道平均车速已比LO年前降低50以上，而且时速正以每年2KM的递减速度继续下降，据统计，市区183个路口中，严重阻塞的达60。如今，发达国家己把对城市地下空间的开发利用作为解决城市人口、资源、坏境三大危机的重要措施和医治“城市综合症“、实施城市可持续发展的重要途径。实践表明开发利用地下空间是提高土地利用率与节省土地资源，缓解中心城市人口密度、人车立体分流、疏导交通、扩充基础设施容量、增加城市绿地，保持城市历史文化景观，减少环境污染，改善城市生态的最有效途径【1】。发达国家解决城市“交通难”的主要措施是发展高效率的地下有轨交通，形成四通八达的地下交通网。根据预测和分析，我国特大城市的主要干道在21世纪初将达到巨大的高峰单向客流量，靠一般的公共电、汽车是不能解决的，只能选用高流量的有轨交通系统方案才行。高架道路对城市景观的影响将是很难接受的，高架线的建设往往使沿线地价贬值，而地铁沿线的地价很快增值。因此，地铁的建设将是我国21世纪城市地下空间开发的重点。除己开通北京、上海、天津、广州、深圳的地铁外，正在兴建的有北京地铁、上海地铁、广州地铁、深圳地铁、南京地铁、杭州地铁、重庆地铁、长沙地铁等，此外己经国家批准和正在筹建地铁的城市有20多座，预计21世纪初至中叶将是我国大规模建设地铁的年代地铁施工是在岩土体内部进行，无论其埋深大小，施工不可避免对岩土体产生扰动，使其失去原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化，这一过程引起的岩土体变形可能影响地表建筑和已有的管线、桩基、桥墩等地下设施。隧道施工引起的地表移动与变形，尤其是在地面建筑设施密集的城市中进行隧道施工，一直是人们十分关心的问题，过大的地表沉降与变形将会严重危害地面建筑物的安全武汉工程大学本科毕业论文1和地下管线等设施的正常使用，这就要对隧道施工所引起的地表沉降提出较为可靠的预测与控制方法。过大的地表沉陷给地表房屋建筑、路面、防洪大堤等硕士学位论文为了能合理地评价由隧道施工引起的地表沉降及变形对地面建筑物、地下设施的危害以及周围环境的不良影响，国内外学者对此进行了大量的研究，也提出了许多预测方法。本文运用现有的分析方法对武汉轨道交通3号线盾构法施工模拟地表沉降分析，用于解决实际的施工问题【2】。12国内外研究现状隧道施工引起地表沉降的因素很多，地表移动和变形的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸、施工方法、支护形式等有关，而且还受到地层条件的影响。在城市中修建地铁时，准确预测隧道开挖引起地表沉降和变形非常重要，国内外学者经过大量研究，提出了一系列预测方法，主要包括经验公式法、解析法、数值模拟法以及模型试验法等。近些年来，对于浅埋暗挖地铁隧道工程，国内已建和在建的工程较多，但是对于较大跨度地铁隧道则相对较少【3】。现列举几例如下121北京地铁十号线北京地铁十号线安定路站1E土城东站区间在靠近安定路站处，由于区间穿越安定路，安定路车流量比较大，并且路下管线密布，隧道穿越的土层为粉质粘土层和粉土2层，因此该段区间采用矿山法施工，设计为双连拱绀构。隧道埋深大约9M，跨度为LLM，北京地铁5号线和平西桥站一北土城东路站区阃位于朝阳区樱花园西街下方，起讫里程K145290K154011，全长8721M，为双线，双线间距为148188M，洞顶埋深105M。洞身穿越粉土层、粉细砂层，地下水丰富。在渡线段内隧道断面有单洞单线、单洞双线、单洞大跨及双连拱隧道等多种型式。隧道采用浅埋暗挖法施工，地表设大口井降水，单洞最大开挖尺寸14M94M宽高，复合式衬砌结构，初期支护与二次衬砌间设全包防水层。北京地铁五号线东单站位于建国门内大街与东单北大街、崇文门内大街相交的十字路口东侧，南北向布置。下穿交通繁忙的建国门内大街，上跨一号线王府井一东单区间，车站总长2044M，车站中心里程K778151。车站两端是明挖框架结构，地下一层为站厅层，地下二层为武汉工程大学本科毕业论文2站台层，两端部明挖长度分别约为692M和714M，开挖宽度为2308M，覆土厚度23M。车站中部为单拱两柱三跨暗挖隧道结构，单层站台层，暗挖段长度为638M，开挖宽度为239M，最小覆土厚度55M【4】。122天津地铁三号线天津地区位于海河下游，其土质为软土。软十的特性为天然孔隙比大或等丁二10，且天然含水量人丁液限的细粒土应判定为软上，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，其压缩系数大于05MPA不排水抗剪强度小于30KPA。天津地铁某车站1号风机房位于城市8车道交通线的下面，该风机房为矩形大跨结构，开挖宽度1474M，开挖高度64M，最小埋深为18M2OM，分5跨10部【5】。123重庆轻轨新线一期重庆轻轨新线一期工程是重庆市西部大开发十大重点工程之一，较场口车站及折返线为该工程的起点，全长395M折返线长224M，车站长17LM。该工程位于重庆市最繁华的商业闹市区，为保证施工时地面交通不中断，折返线0K0135175段采用暗挖法进行施工。该段设计开挖高度1010M，开挖跨度118加，开挖断面积108302，隧道拱顶埋深28M47M，属超浅埋隧道。洞顶覆盖层从上到下分别为松散杂填土约430M，砂粘土约030M，下伏基岩为弱一中风化砂岩，岩体裂隙不发育，地下水主要为基岩裂隙水。124杭州地铁2号线此工程暗挖隧道段影响范围内共有挂牌古树6株，另外还有虽未挂牌但树龄约100年的香樟2株，树径分别为504CM和653CM，这些古树主要分布在解放路口环岛区域和清泰永厂内。其中，环岛区域内共计有古树7株，挂牌古树5株，树种分别为古樟和银杏；而位于清泰水厂内的一株700年的香樟树，属杭州市重点保护文物。过古树区段隧道结构为近距离双洞双车道城市道路隧道，考虑对古树的保护及其它因素设计上采用浅埋暗挖法通过。隧道单洞开挖跨度达126M，双洞隧道开挖宽度最大264，由于受路面坡度影响隧道覆土厚度从265M不等。根据平面位置关系，部分古树刚好位于隧道开挖线正武汉工程大学本科毕业论文3上方如136号香樟位于隧道北开挖线内侧04M处，137号银杏位于隧道开挖线北侧03M处香樟1号位于隧道南开挖线内侧44M处【6】。13课题的主要研究内容本文通过现场试验理论研究及数值模拟计算,对盾构法隧道施工引起的地表沉降及地层位移进行了深入的研究,主要内容如下L在阅读大量文献的基础上,总结了盾构法隧道施工引起的地表沉降及地层位移的研究方法及现状,阐明了研究意义2研究了盾构法隧道施工产生的几何效应和力学效应,分析了地表沉降的机理3结合隧道埋深地层条件掘进参数设置等因素对武汉轨道交通3号线王家湾站宗关站区间盾构法隧道施工过程中土体变形特性进行了分析,研究了地表沉降过程及分布规律4结合实测地表沉降数据掘进工况施工实例等分析了盾构施工参数设置对地表沉降的影响5采用ANSYS对王家湾站宗关站区间盾构法隧道施工开挖全过程严格按照施工工序进行了二维维数值模拟,考虑了隧道埋深地下水位盾构机械地层损失率土舱压力注浆压力等因素对地表沉降的影响。【7】武汉工程大学本科毕业论文4第2章盾构法施工地表沉降分析方法21影响地表沉降的因素211地基土体特性的影响浅埋暗挖隧道上覆地层己无自承载能力，荷载应全部由隧道支护结构来承担，但实际上，不但是土层，即使是干砂，地层仍能形成自然载拱。大量资料表明，随着地基土层压缩模量的增加，地面沉降逐渐减小。在土层压缩模量较小时，地面沉降和水平位移受模量的变化影响很大【8】。212覆土厚度H和盾构外径D的影响随着盾构外径的增大，则由盾构施工引起的单位长度的地层损失就随着增大，在相同地面沉降槽宽度的情况下，最大地面沉降也随着增大；而隧道覆土厚度越大，则最大地面沉降值就会越小，但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度与盾构外径的比值即HD的增大而减小。213土压舱压力的设定及盾构推进方向的改变土压舱压力过大，则地面隆起，压力过小，则地面产生沉降。盾构推进过程中，盾构纠偏、叩头、抬头、曲线推进等造成的超挖都会使得实际开挖面大于设计开挖面，从而引起多余的地层损失。214盾构后退在盾构暂停推进时，千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失【9】。215盾尾注浆填充率由于盾构壳具有一定的厚度，为了便于管片的拼装及盾构的纠偏而在盾构壳与衬砌之间保留有一定的空隙。千斤顶推动盾构机前行时，在盾尾衬砌管片外围形成了建筑空隙，使得周围土层要填充建筑空隙而发生涌向隧道的位移而引起地面沉降。工程中普遍采用同步注浆或二次注浆的方法来减小由盾尾空隙引起的地层损失，从武汉工程大学本科毕业论文5而减小地面沉降。在注浆时，地层所能承受的灌浆压力称为地层劈裂压力【10】。实际灌浆压力大于地层劈裂压力时，浆液可浸入地层，扰动地层，而加大了地面沉降；小于地层劈裂压力时，地层结构基本完好，浆液可全部进入原有的空隙。实践表明，为了减小地表沉降，应使注浆压力小于或等于地层辟裂压力。当注浆量较小时，可以抵消围岩土体的部分沉降，当注浆量很大时反而可能会引起地面隆起。定义单位长度注浆体积与盾尾建筑空隙体积盾构壳的体积与盾构衬砌间空隙体积之和之比为盾尾注浆填充率。考虑到浆液固结时，会有一定量的水份析出并渗入到周围土层，则实际充填浆液的体积会小于实际注浆量，故在注浆时，其实际注浆量应略大于盾尾建筑空隙体积。216土体挤入盾尾空隙因注浆量不足、注浆不及时、注浆压力不适当，使盾尾后部隧道周边的土体失去原来的平衡，向盾尾空隙移动，引起地层损失，致使地层沉降。217盾构推进速度的影响沉降具有时间效应，盾构推进速度快，则意味各施工工序时间缩短，减少了隧道开挖面的裸露时间，利于控制地层沉降。当然盾构推进速度应该由地层条件和盾构出土设备的出土能力共同确定。218地下水的影响地铁隧道施工一般处在地下水位以下，开挖排水后地下水不断渗出，如注浆封闭不及时或不理想，地下水则不断渗出，土层空隙固结收缩，引起地面超前超大范围沉降【11】。219在土压力的影响隧道衬砌产生的变形也会引起少量的地层损失；隧道渗水、涌水等携带泥砂、坍方等引起地层损失。除了上述因素外，还有其它一些因素，总之，地铁武汉工程大学本科毕业论文6隧道施工时，地表下沉是很多因素的综合作用。合理的设计和巧妙的施工是控制地表沉降的关键手段。一般需要严格执行“严注浆、强支护、快封闭、勤量测”等方针。22施工的主客观因素进行分析根据上述分析，致使地层移动的9个因素中，有些是主观原因造成的，有些是客观造成的。因此盾构推进引起的地层移动因素有盾构直径、埋深、土质、盾构施工情况等，可划分为客观因素和主观因素。其中隧道线形、盾构外径、埋深等设计条件和土的强度、变性特性、地下水位分布等属于客观因素；而盾构的形式、辅助施工方法、衬砌壁后注浆、施工管理等，则属于主观因素。221客观因素客观因素是非施工人员原因而引起的地层移动，它与规划、设计和当地的地质情况等因素有直接关系，这类原因引起的地层移动通常发生在整个盾构施工过程中，并延续到施工结束后的较长一段时间。其具体表现为1设计阶段的盾构选择，特别是盾构外径、盾尾空隙等尺寸的选定。这一切将直接影响“建筑空隙”的大小。2由于注浆材料本身的体积收缩，使填充孔隙的材料在一段时间后出现萎缩。3盾壳移动对地层的摩擦和剪切，造成对临近土体的扰动。4在土压力作用下，隧道衬砌的变形会引起少量的地层损失。5施工结束后，隧道本身的沉降，也会引起地面沉降。222主观因素主观因素是引起地层移动比较主要的因素，它同施工人员的工作态度、技术水平等主观因素有密切联系，这类原因引起的地层移动通常发生在盾构施工阶段。其具体表现为1盾构严重超挖欠挖引起的地层移动。2在用一些自动化程度较高的盾构机具进行推进时，推进参数匹配不合理，如推进速度、正面土压力、注浆压力和盾构总推力等参数的设定不合理。3注浆量不足或注浆不及时，是引起地层移动较主要的原因之一，直接影响“建筑空隙”的充填。4在推进过程中，盾构“姿态”的纠偏对地层移动的影响是不容忽视的。武汉工程大学本科毕业论文75盾构后退。较长时间的盾构停止推进，千斤顶会因漏油而缩回，从而引起盾构后退，这样势必造成开挖面土体稳定失去平衡，土的内聚力减小【12】。总之，盾构隧道施工过程中引起地层移动的影响因素很多，其表现形式是综合性的，在研究盾构隧道施工对周围环境影响时，只有比较全面地考虑各主要影响因素的影响才能得到合理的分析结果。23盾构法施工地表沉降分析方法231经验公式法主要通过对地表沉降数据进行统计处理后用数学形式对沉陷规律加以表现,进而对地表最大沉陷量和沉陷分布进行理论上和经验上的推断,以PEEK公式法为代表PECKRB1969通过对大量地表沉陷数据及工程资料分析后,首先提出地表沉降槽呈似正态分布的概念“并认为地层位移由地层损失引起,且施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的,所以沉降槽体积等于地层损失的体积,由此提出横向地表沉降及最大地表沉降的估算公式（21）2EXP2MAISX式中最为距开挖隧道中心线横向距离X处的地表沉降值M；瓯戤为隧道中线处地表的最大沉降值M；I为沉降槽宽度系数M。PECK公式在实践中用得最广，很多学者在此基础上对不同地层条件的I值进行了进一步的研究，发现沉降槽宽度系数I取决于接近地表的地层的强度、隧道埋深和隧道径。CLOUGH和SCHMIDT1951161提出饱和含水塑性粘土中，地表沉降槽宽度IRZ2RO。8式中Z为地面至隧道中心深度，R为隧道半径。OREILLY和NEW1982在现场观察的基础上，认为对粘性土I043Z11；而对粒状土I028Z11。MAIR1993基于全球范围内的现场观测和离心试验数据，提出更为简单的公式IKZ，对于粘性土K均值为05；对于砂性土或砾石K均值取025【13】。ATTEWELL等1982提出了如下的估算公式武汉工程大学本科毕业论文8（22）NRZKIIVS22MAX其中，Y为沉降槽的横断面面积，取值根据土类而变；K、行为与土体性质和施工因素相关的系数。ELBY1988和NEW与OREILLY1991对由粘土层和砂土层组成的成层土中隧道的沉降槽宽度系数提出了简单合并的计算方法来考虑不同土层的厚度影响。如对于两土层的【14】。情况有（23）21ZKZKI其中，置、互分别为第I层土的沉降槽宽度系数的参数和厚度。1纵向地表沉降随着隧道的纵向开挖推进，在其纵向也会产生一定形式的沉降槽。当一个结构邻近或直接位于隧道中心线上，可能遭受更严重的破坏。纵向地表沉降的研究主要针对盾构法而展开。刘建航1975在总结上海延安东路隧道纵向沉降分布规律的基础上，提出了“负地层损失”的概念，并由大量的观测数据，得出了上海软土地层纵向沉降与施工引起的地层损失之间的统计公式。ATTWEELL和WODOMNA1982通过对粘土中大量隧道的检验，证明了累积概率曲线对于拟合粘土中隧道的纵向沉降槽是非常有效的。NEW和ORELILY1991假定所有的地层变形满足常体积形式，按照横向沉降具有正态分布曲线形式的假定，提出纵向沉降应该具有累积概率曲线的形式【15】。NOPOTO等1995、MOH等1996发现EPB盾构和泥水盾构隧道的沉降主要与盾尾空隙密切相关。FANG等1993提出土压平衡盾构纵向沉降随时间的变化曲线成双曲线型。2地表下土体的沉降武汉工程大学本科毕业论文9由于新建隧道往往邻近既有隧道、管线、深基础等地下构筑物，这使得地表下土体的沉降研究同地表沉降研究同样重要。然而，这方面的现场测试数据却非常的少。MARI等1993对PECK公式进行了进一步的拓展，他们通过对伦敦硬粘土及软粘土中隧道施工引起的地表下土体沉降的大量实测资料和离心模型试验资料的分析，发现地表下土体沉降可以大致通过和地面沉降相同的高斯分布形式来描述。在地表下深度为Z处，如果地表距隧道轴线的距离为磊，那么沉降槽的宽度系数F可以表示为（24）0ZZKIZK值随深度的增加而增大，这表明地表下某一深度的沉降轮廓明显比假定K为常数时所预测的要宽得多。MAIR等基于离心机试验同时提出了粘土地层七的计算公式（25）00/1/32570ZZK将K、F。带入式即可求得对应的沉降值。MOH等1996和DYER等1996分别在不同地质条件的隧道工程中，都观察到地表和地表下土体的沉降具有类似的轮廓，且K值随深度而增加。第3章盾构法施工地表沉降的数值模拟与分析3土体水平移动结构和设施的破坏也可能由水平移动而引起，但实际工程中，对土和结构的水平移动进行观测的实例相对较少。ATTEWELL1975和OREILY与NEW1982针对粘土提出，土体位移矢量指向隧道轴线。这可简化为（26）XZHSZS0式中，S。为地面下深度Z处距隧道轴水平距离X处的沉降值；沉降槽相对深度和曲线曲率从大到小依次为填土，粉砂，粉质粘土。武汉工程大学本科毕业论文37第5章结论51本次分析存在的不足与局限1盾构法隧道施工引起的地表沉降和地层位移是具有三维性和历时性的,文献中提及的以二维模型或未考虑时间因素的方法来研究盾构施工对地表沉降和地层位移影响的内容都是对该问题的简化处理,因而具有局限性2在盾构法隧道施工引起的地表沉降和地层位移分析及预测的方法中公式法因计算简单使用方便而被广泛应用于工程实践,但它仅总结了开挖完成后地表沉降的特征,没有提及隧道开挖过程中地表沉降的变化纯解析法得到的是理论解,精度高,计算量小,但解题范围有限随机介质理论灰色理论和人工神经元网络为近年来热点研究课题,是对地表变形预测的新思路,但这些方法模型复杂,应用较困难模型试验方法费用高,可控性差,只能作为对现场实测理论分析的验证专家系统利用人工智能技术综合控制盾构掘进中的参数设置,以减少地层损,是今后盾构工法自动化智能化的发展方向之一“数值分析方法解题范围广,适用于各种复杂几何形状边界载荷和材料特性,是比较有效的分析预测方法“前人所作的数值模拟研究大多考虑了土体损失率地下水位隧道尺寸及埋深等因素的影响,对盾构机械及其施工效应没有考虑,对施工工序的模拟也不严谨,这部分内容的改进与完善也是本文所作的主要工作之一“3盾构施工参数不同对土体的扰动范围与程度不同,引起的地表沉降也不同“如何选择合理的施工参数,使盾构掘进对土体的扰动最小,以控制地表变形,减少对邻近建筑物的影响,仍然是研究的一个课题“52结论（1）盾构在富水软弱地层掘进引起的地表沉降有如下特征施工影响区域较大纵向地表沉降大致分布在刀盘前方约巧30M至盾尾后30M的范围内横向地表沉降分布在以线路中心线为对称轴的56倍洞径区域内,其中,隧道上方地表为主要沉降区,距线路中线051倍洞径的地表范围为次要沉降区,两部分沉降槽体积约占总沉降槽体积的70,距线路中线3洞径以外几乎不受影响【25】。武汉工程大学本科毕业论文38（2）盾构开挖隧道引起地表沉降的因素可以分为客观因素和主观因素客观因素包括隧道的开挖直径埋深穿越及上覆土层的性质等主观因素有盾构开挖模式土舱压力设置注浆参数包括注浆压力注应的施工方案,各项参数除经严密计算经验对比外,还应加强监测和信息反馈,及时作调整,以达到控制地表沉降的目的“总之,实施包括土舱压力出渣量注浆参数和地层变形等施工管理数据在内的综合管理是非常必要的“（3）隧道埋置较深时,为平衡较大的土侧压力,减小前方沉降,盾构须增大其土仓压力“当土仓压力超过03MPA时,会带来许多不利因素如掘进速度慢,刀盘磨阻力增大,刀具磨损严重等而埋置较浅时,盾构掘进对地表沉降影响较大“实测经验表明隧道覆土厚隧道顶至地表在912M时为最佳“（4）土压设置以使刀盘前方产生微量沉降为最佳,即开挖面浆量设置出渣的控制掘进速度等“施工时,应从客观条件出发,制定相前沉降小于一ZLNM时土压设置最好“（5）在复杂地质条件中修筑隧道,尤其是上覆建筑物和管线的情况下,宜发挥盾构法施工快速高效的优点,优化工序衔接,快速通过,尽量减小对地层的扰动“在盾构始发与到达,尤其是穿越建筑群前要对盾构机特别是其密封系统及其它与掘进有关的机械设备进行全面的检查修和保养,确保设备完好及保障措施到位,并制定相关的事故应急处理预案“（6）ANSYS模拟计算结果与相应区段实测地表沉降吻合较好盾构开挖对刀盘前方的土体应力影响较大,尤其是最大主应力其上方土体次之隧道开挖时土体的破坏主要为剪切屈服,位于开挖面处外围地层,拉破坏区很小武汉工程大学本科毕业论文39参考文献【1】张凤祥，弗德明等盾构隧道施工手册北京人民交通出版社2005【2】周文波盾构法隧道施工技术及应用北京北京建筑工业出版社2004【3】孙钧，侯学渊地下结构【M】北京科学出版社1987131【4】魏新江，张金菊，张世民