基于弹塑性分析浅埋盾构隧道地表沉降控制.pdf

2 0 0 9年 0 1月 沈 阳 建 筑 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 　J an. 　2 0 0 9 第 25卷 第 1期　 J ou rna l of Shenyang J ianzhu U n ivers ity (N a tu ra l Sc ience) V o l. 2 5, N o. 1 文章编号 : 167 1 - 202 1 ( 2009) 0 1 - 0028 - 06 基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制 刘纪峰 ,刘 　波 ,陶龙光 (中国矿业大学力学与建筑工程学院 ,北京 100083) 摘 　要 : 目的 为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降 ,探求相应的沉降控制措施. 方法 基于均质半无限空间假定 ,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场 和单向应力场 ,利用弹塑性力学的 L am e 公式和 Kiersch 公式及摩尔 - 库仑屈服准则 ,定义了 弹塑性解的位移边界条件. 将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构 隧道地表沉降预测及控制. 结果 得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式, 对弹塑性 μ 计算式的分析显示, 隧道围岩的弹性模量 E 和黏聚力 c越大, 地表沉降越小; 泊松比 、内摩擦 φ ψ 角 和膨胀角 越大, 地表沉降也越大. 提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构 隧道地表沉降的方法. 结论 研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制. 关键词 :弹塑性分析; 浅埋盾构隧道; 地表沉降; 控制方法; 摩尔 - 库伦屈服准则 中图分类号 : TQ 529　　　文献标志码 : A 　　　 沉降的影响, 其结果用于深埋隧道地表沉降计算 0　引 　言 较适合 , 而对于大多数浅埋隧道并不完全适用 , 使 盾构施工法作为一种安全高效的隧道施工法 得使用受到较大限制. 因此 , 笔者将浅埋单孔盾构 在城市地下铁道 、地下管线等隧道工程中得到广 隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场 泛应用. 但盾构法施工诱发周围岩土层损伤导致 和单向应力场 , 利用弹塑性力学的 L am e 公式和 的地表沉降是亟待解决的问题之一 [ 1 - 4 ] . 孙钧院 K ie rsch 公式及摩尔 - 库仑屈服准则 , 通过定义弹 士 [ 4 ] 等利用粘弹塑性理论 , 对圆形隧道围岩和衬 塑性解的位移边界条件 , 得出了适合浅埋隧道地 砌进行了粘弹塑性分析. 丁城刚[ 5 ] 用轴对称的平 表沉降预测的弹塑性计算式 , 分析了其影响因素 , 面应变弹塑性理论分析了深埋圆形隧道的应力场 得出控制地表沉降的两大措施 , 并将研究成果成 和位移场. W e i - I. C hou 和 A n ton io B obe t[ 6 ] 假定 功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉 任意垂直于隧道轴线截面为平面应变状态且地层 降预测及控制. 为孔隙弹性性质 、衬砌为线弹性性质 , 得出了饱和 [ 7 ] 1　浅埋单孔隧道的弹塑性分析 土体中浅层隧道的解析解. V erru ij t采用张量法 推导出了饱和黏土层中隧道施工引起地层移动的 图 1为浅埋隧道的初始地应力场 , 对浅埋隧 应力函数. B ob et[ 8 ] 给出了极坐标下