隧道施工地层损失

1、地层损失有两种，一个是设计地层损失，这个是施工前的经验假设，另外一个是实测地层损失，是施工过程和施工完成后的计算值。概念是一样的，一个是控制指标，一个是实测指标。（1）为什么要考虑地层损失？施工沉降估算需要。P.B.Peck提出盾构法施工引起地面沉降的估算方法，当地层损失在隧道长度上均匀分布，而沉降的土体积没有明显变化时，则地面沉降槽曲线近似高斯曲线。21S-盾构法隧道施工引起的地面沉降如何进行估算？当隧道在地面建筑密集地区内通过，地表沉降的大小将成为衡虽施工侵量的掠主要标准。这种情况隧道规姻和设计的基本决策隧道线路、埋深选择，衬砌、盾构选型、施工工艺、环境保护措施等*往往是建立在地面沉降可靠

2、预估*施工控制的基础上的。地面沉降的估算如下:从理论上讲级如不考虑吹內结沉降，地面沉降应等于由于地层损失造成的施工沉降加上由于地层扰动所引起的主固结沉降如计入次固结拭降则应再加上因土层骨架蠕变的嚅变沉降（1）地层擦失引起的施工沉降的估算根据&Peck提出的盾构法施工引起地面沉陷的估算方法，当地层损失在隧道长度上均匀分布，而沉陷的土棒体积没有明显变化时则地面沉陷槽曲线近似髙斯曲线如圈397所示口抿3-97隧道沉降槽斷面的正态概率曲线，可得沉降憎体积：V=2.5；-（3-44）式中i-沉降槽宽度参数；6一沉降槽断面的正态概率曲线至地表面的摄大距离。图397地面沉降槽图形及子一丄关系图a（图中乩心-

3、最大地面沉降駅；2W沉降槽大体宣度:i-自慶道中心至沉降曲线反弯心的距离）屆样可得到距离隧道中心线X处的地面沉陷L2i2(3-45)式中.r地而某点至隧道中心线的距离.沉陷梢宽度参数，是七壤条件、隧逍半径s隧道中心埋深*的函数。,/a与上/2&的关系因地质条件不同而归纳为图3-97所示的关系曲线。在已知隧道中心埋深孤隧道半朋以及地质条件后可按如下方法求出有关地面沉降的定最数值：（C从图3-97中査岀一定地质条件下“2&相应的值，从而求得值；Cb）在定地质和施工条件下.根据工程经验和有关估算公式，估算地层损失V；（小从公式（3-44）中可算出几曲S从公式C3-45）中町算出距离中心线工的地面沉陷

4、旅以及距隧道中心不同距离的各点的沉降差。在饱和塑性粘土中，盾构施工引起的弹性状态下相对地层损失约为0.2%至0.6%,般可以忽略，而在塑性状态下相对地层损失则随稳定系数（N2增加而迅速增加，甚至达到3090%n开挖面土体稳定系数Nt按下式求出：2丁=尸1戸5（3-46）式中几开挖而中心处土体竖向压力。一般按乂产计算/土体重度；几在隧道施工中用气压或其它加压法施加于开挖面的侧向压力；7折减系数（当盾构正面部分封闭时，可按经验判断采用小于1的折减系数卄轨一土体不排水抗剪强度，（在地下水位以下的可能发生流动的砂性土中，S.为零）。BirgerSchmidt等，根据弹性理论分析和对工程观测资料的研究.

5、提出稳定系统与地层损失的关系曲线如图3-98,所示。图398稳定系数与土层损失关系例：上海地铁试验工程，隧道半径a=3lm,埋深z=13lm,若垢地层损失控制在3%.根据资料该沉降槽的体积相当于地层损失V3%X(ttX3-I2)0.9m2/m计9贝!I：3.1*1.82=5.6m,代人公式(3-44)得:凡=V/264mm在工,处得:沉降曲线的最大斜率ZI鲁=0=l八50这样大的斜率仅对崖筑物有iSk而不会影响结构的正常工作。(2)固结沉降固结沉降的理论计算，目前尚无较有效的方法，但在积累了较多工程的实测资料后，即可建立起合理的半理论半经验的预估方法。根据上海浅层地质特点及施工经验，在衬砌、盾

6、构选型得当,施工工艺台适的情况下，可将地表最终沉降控制在3080mm.几X-最大沉降量：沉隆槽宽度参数；卩一25八仏，沉降19面积osJ.,L4：二二二丄J.L丄丄050812345z8Z-隧道中心埋深；2介一隧道直径；，一沉降槽宽度参数加现演数据来源：OPeck(l969)$Schmidt(1969)Cording&HamdsnKae(?975)fSchnndt(l974)厶兔定系数N4时的固结沉降C樓型试輪数据(Atkinson&Potts,W7)图给99从隧道埋深直径推算沉降槽冤度的图表3用高斯曲线表示的沉降扔专孟关系曲线由于地层损失引起的地龙沉降所禹比例较大，对该沉降，询较有名的经脸胚

7、式，BpPec3肓叫戸丿S二亠丄岳2.5;公式:式屮：S3：愤向、距离隧道中心戟囂址的沉降量1：地层损:TOC o 1-5 h zn沉降槽宽度系数：1假宦【1）地层损失存.隧道艮度上均匀彷布：.2）地面沉降在横向为帀态曲线分布：f怕）施工引起的地曲沉降汕在不排条件下发生的.即，沉降槽的体积与地层我3.控制世耐J規肘于原唧K,/-JrjKiXu-.*Li*盾构推进引起的地面沉隆显掘是三維问题，但是可以抓住主要的因素从而将其简化为乎両应变问题U盾构推进中地层损失是影响地面沉降的极其重要因素，或二维模拟中宓殖得到反映.莊二维模拟中釆用如下方法考虑地层拥失：假设e个模拟开挖外周1如團艮2中產统所示人该

8、外周内的土体单元体祝曾于实际工程中被幵挖掉的土体体祝，外周和衬砌之间的今隙体积就是地层损宝量了匚模拟时模拟开挖外周内时土体被“挖掉S（采用单元“杀死”技术宴现人周边土体就会向衬硕移动和其接融.尿而产生地面g如果注浆及时，注浆豈、注浆压力恰当盾厘的空隙就能得到及时填充盾枸密封舱的压力等于舱面前方地层的圧力亍皑面前方地层就能像持稳定.前方土体也就不会向舱内移动戢腕外移动从而不会产生超挖或欠挖此时实际被开挖掉的土体体积就等于衬砌外周所包围的体积模拟尹挖外周就应和行砌外周重含地层损失为零;如果注浆不是同歩的，性浆星、注浆压力较小，盾隹空隙得不到有效填充.ffi构密封舱压力适第-那么实际幵挖掉射土休体积就戈于衬砌外周包围的体积而小于盾构外周所包围的体积模拟开挖外周直径就应介于隧道衬砌外径和盾壳外轻之间；如果注浆