地铁重叠隧道上覆地层变形的数值模拟(1).pdf

第 2 4卷第 l 2 期 2 0 0 5年 6月 岩石力学与 工程 学报 C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g 、 ， 0 1 ． 2 4 N0 ． 1 2 J u n e，2 0 0 5 地铁重叠隧道上覆地层变形的数值模拟 黄俊 ，张顸立 北京交通大学 隧道 及地下 工程试验研究中心，北京 1 0 0 0 4 4 摘要以在建的深圳地铁 I 期工程重叠隧道为例，采用 F L A C3 D非线性大变形程序对重叠隧道暗挖四步台阶法施工 引起的地层三维变形规律进行 了数值模拟研究。结合现场试验断面的实测数据对比分析，得到隧道开挖过程 中开 挖 引起 的地层变形和失水引起的地层变形量值，并区分一般地层和含水、含砂地层的环境控制标准，明确了深圳 一 般软土地层地表沉降最大值为 6 0 mm，含水、含砂地层地 降最大值为 1 2 0 mm。同时指出，对沉降控制要求 较高的地段，可采用造价较高的地表垂直旋喷等辅助施工措施减小地层变形，这已在实际工程中取得了成功 。研 究结果对深圳地铁后期建设和同类地层地铁施工环境控制有借鉴和参考价值，对 浅埋暗挖法在富水软土地层 中的 推广应用提供部分理论依据。 关键词隧道工程重叠隧道；地层变形浅埋暗挖法；F L A C ；数值模拟； 中图分类号T D 8 2 4 ． 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 6 9 1 5 2 0 0 5 1 22 1 7 60 7 NUM ERI CAL S I M ULATI oN oF S TRA1 ’UM DE ATI oN ABoVE oVERLAPPI NG M ETRo TUNNEL HUANG J u n， ZHAN G Di ng l i Re s e a r c h C e n t e r o fT u n n e l i n g a n d U n d e r g r o u n d E n g i n e e r i n g ，B e ij i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，B e ifin g 1 0 0 0 4 4 ，C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g t h e o v e r l a p p i n g t u n n e l o f S h e n z h e n Me t r o P h a s e I p r o j e c t f o r e x a mp l e ，the F L AC’ ” f a s t L a g r a n g i a n a n a l y s i s o f c o n t i n u a c o d e s wa s a d o p t e d t o mo d e l the s t r a t u m 3 D d e f o r ma t i o n r e g u l a ri t y c a u s e d b y f o u r - s t e p s h a l l o w t u n n e l c o n s t r u c t i o n me t h o d S T C M ． B y c o mp a r i n g wi t h the i n - s i tu mo n i t o r d a t a o f the t e s t s e c t i o n， the v a l u e o f s t r a tum d e f o rm a t i o n c a u s e d b y t u n n e l e x c a v a t i o n o r s e e p a g e o f g r o u n d wa t e r wa s o b t a i n e d， an d the e n v i r o n me n t c o n t r o l s t a n d a r d o f g e n e r al s t r a tum i S d i f f e r e n t i a t e d f r o m tha t o f a q u e o u s s an d s t r a tum． Ac c o r d i n g t o t h e s t a n d ard ， t h e ma x i mu m v a l u e o f g r o u n d s e t t l e me n t o f g e n e r al s o ft s t r a t u m o f S h e n z h e n M e tro i s 6 0 mm an d tha t o f a q u e o u s s an d s tra t u m i s 1 2 0 mm． F o r s o me p o s i t i o n wi t h h i g h s t a n d ard o f g r o u n d s e t t l e me n t c o ntro l r e qu i r e m e n t ， s e c o nd r e i n f o r c e me nt m e a s ur e s ar e t ak e n t o de c r ea s e s tra tum d e f o r m a t i o n， s uc h a s gr o un d v e r t i c al j e t g r o u t i n g r e i n f o r c e me n t wh i c h c o s t s mo r e than the g e n e r a l r e i n f o r c e me n t me a s u r e s ． T h e t e c h n i q u e h a s b e e n a p p l i e d s u c c e s s f u l l y i n S h e n z h e n Me tr o P h a s e I p r o j e c t ． Th e r e s e arc h r e s u l t wi l l p r o v i d e r e f e r e n c e for c o n tr o l l i n g the c o n s t r u c t i o n e n v i r o n me n t o f the c o n s t r u c t i o n o f S h e n z h e n Me tr o and t h e p r o j e c t wi th the s i mi l ar s t r a tum． I t wi l l als o o ff e r the o r e t i c a l r e f e r e n c e for the a p p l i c a t i o n o f s h all o w t u n n e l c o n s t r u c t i o n me tho d S T CM t o a qu e ou s s o ft s an d s t r a tu m． Ke y wo r d s t u n n e l i n g e n g i n e e r i n g o v e r l a p p i n g t u n n e l s t r a t u m d e f o rm a t i o n； s h a l l o w t u n n e l c o n s t ruc t i o n me tho d S T CM F L AC n u me r i c a l s i mu l a t i o n 收稿 日期2 0 0 40 1- 2 2 修 回日期 2 0 0 40 22 8 作者 简介黄 1 9 7 9． ，男，硕士 ，2 0 01 年毕业于中国地 质大学 北京 地 下建筑工程专业 ，现主要从事隧道与地 下工程方面 的设计与研究工作。 E ma i l r a i n h j u n 1 2 6 ． c o rn，h j u n 3 1 0 s i n a ．c o rn。 维普资讯 第 2 4卷 第 1 2期 黄俊等．地铁重叠隧道上覆地层变形的数值模拟 1 引 言 浅埋暗挖法在北 京地 铁建设 中成 功应用 以来 ， 广 州、深圳 、南京等 地在地铁建设 中都采用浅埋 暗 挖法施 _T，在地铁 隧道 施工 中，暗挖 法具有非常广 阔的发展前景 。 地 铁建设 中，人们 最关心 的是地铁 隧道施工对 城市环境 的影 响，即对 已有 临近城 市地下管线 、房 屋基础 及道路交通等 的正常使用 ，因此 ，准确预测 及现 场 的量测 反馈 施工 引起 的地层 变形及其影 响范 围对施工安全和设计都是十分重要的I 卜 々 J 。 国 内外对 隧道 开挖 引起地层变 形的研究很 多， 有 以 P e c k公式为代表的经验公式、工程类 比法和数 值 计算 方法l l j 。 目前 ，国 内对软土 中开挖地 铁 隧 道的数值 模拟结果偏 小，这与其采用 的计算软件 如 ANS YS 有 关 ，国 内同济 大学对 软土地 层 中的盾构 施工 引起 的地 层变形有 一定 的研 引，而 对于 浅 埋暗挖法施工 ，特 别是重叠 隧道 浅埋暗挖法施工 引 起软土地层大变形 的预测报导较少 。 地铁隧道施 工中对现场环境 的监测可 以指 导地 下工程施工 ， 由此 调整施工 工艺和设计参数 ，反 分 析隧道结 构受力和地层变形 规律 。从 已有 的北京地 铁和深圳地 铁地表 沉降结果看 ，两者相差很大 ，深 圳一般 地层 地表 沉降 6 0 9 0 n l n l ，砂 层地 段最 大 5 0 0 mm。因此 ，就深圳地 层地铁 重叠隧道开挖对地 层变形 的影 响作 出评价和预 测是十分必要 的。本 文 采用 F L AC ’ U软件对重叠 隧道的三维变形进行 了数 值模拟 。 2 工程概况 3 A 标 段 国贸一 老街 区间南段 重叠 隧道是深圳 地铁 I 期 工程中施工难度较 大的标段 ，其所 处位 置 为繁华 的国贸商业区 ，交通 繁忙 ，要求隧道开挖对 地表环境 的影小 。 隧道所 处地层强度较低 ，地 下水位 为地表 以下 3 m，隧道 开挖在非第 四纪地层 中进 行 ， 且 富含地 下 水 ，伴有砂 层 ，施工难度较 大 。隧道上覆 不同土层 厚度及力学参 数见表 1 。 隧道设计断面宽 6 ． 8 m、高 1 3 m，属高边墙 结构 ， 分 四步 台阶开挖 。预支护 采用小导管注浆 ；初 期支 护 为网喷混凝_- k c 2 o 与格栅 钢架 主筋 2 2 、锚杆 f R 2 5 ／ 4 ，L3 ． 5 m，间距 7 5 0 m mx 8 0 0 m m 联合支护； 表 1 土层力学参数 T a b l e 1 M e c h a ni c a l p r o p e r t i e s o f s o i l s 二衬采用模筑 混凝土衬砌 支护 。各 台阶之 间设立 临 时横撑 型钢钢架 ，并 网喷 混凝土 。 地铁 施工过 程 中出现 了较 大 的地 层变 形 j ， 一 般地层地 表沉 降5 0 8 0 mm，砂层较 厚、断层 的 存在 及位 于 汇 水点位 置 的地 表沉 降最 大 值 为 1 5 1 ． 5 mm，拱顶下沉最 大值 1 2 3 ． 1 mm现场实测 的地表 沉降基本 比拱顶 下沉 大 。 3 F L AC 3 D 软件及模型建立 3 ． 1 F L A C 3 a 软件介绍 F L AC 如 是连 续 介质快 速拉 格 朗 日法分 析 f a s t L a g r a n g i a n a n a l y s i s o f c o n t i n u a 的英文缩写 ，是一种 三维显 函数有限差分程序 。它利用 了节 点位 移连续 的条件 ，可对连续介质进 行非线性大变形 分析 ，可 模拟 6种不 同本 构关系的材料 ，还可模拟地 应力场 生 成 ，边 坡或 地 下工 程 的 开挖 ，混凝 土衬 砌 、锚 杆 锚 索 设置、地下渗流等岩土 工程 问题 。 3 ． 2 模型建 立 3 ． 2 ． 1模 型基本假 定 采用 F L AC ∞ 模 拟暗挖施工 引起 隧道围岩变形 的规律 ，对计算中 的情况做一些 说明 1 材料采用莫尔 一 库仑准则、大应变变形模 型计算 ； f 2 假定地表和 各土 层均成层均质水平 分布； 3 开挖步长为 1 m，以壳体单元模拟掌子面前 方超前 小导管预加 固，参 数见表 2 ； 4 对 复合式 钢格栅 混凝土 衬砌 采用 壳体单 元 模拟 ； 5 地 层和材 料 的应力应 变均在 弹塑性 范 围 内 变化 ，地应力场 由重力 自动生成 ； 6 不考虑地 表建筑 物荷载和地 下水在隧道开 维普资讯 2 1 7 8 岩石力学与工程学报 2 0 0 5年 力较大 ，水平侧压力较 小， 因此 ，一台阶拱脚及二 表 2 模型支护参数 Ta b l e 2 S u p p o pr o p e r t i e s o f mo de l 挖过程 中的影 响； 7 支护结构只采用初期支护，隧道 四步台阶 开挖过程 中都施作临 时仰 拱，台阶长度取 6 m，与 现场施 工情况保持一致 。 3 ．2 ． 2计算模型及边界条件 由于结构的对称性和隧道开挖影响范围较大， 模型尺寸设计为沿隧道纵向 5 0 m，横 向3 5 m，高 5 1 m 其中隧道埋深 1 3 m 的三维网格。计算模型网 格划分如图 1 所示，共有 1 9 8 0 0个单元，2 1 8 2 8个 节 点。 图 1 模型网格图 Fi g ． 1 Me s h o fmo d e l 模型侧面和底面为位移边界，侧面限制水平移 动， 底部限制垂直位移，上边界是地表，为 自由面。 4 地铁隧道暗挖施工地层变形分析 4 ． 1 地层位移、应力与塑性区分布 4 ． 1 ． I地 层位移分布 图 2所 示为开挖后 横断面 内的位移矢量 图 图 中隧道内横撑为临时仰拱 ，最大位移量为 5 0 。2 m i ll ， 出现在 隧道 拱部，地表沉 降量 为 4 3 ． 9 i ／ l l n ，隧道 二 台阶 以下因地层强度 高位移相对较 小。隧道 横断面 一 、二 台阶及上覆地 层较软 ，而三 、四台阶部分位 于弱、微风化花岗岩中，整体上上硬下软，竖向压 图2 模型横断面位移矢量分布 Fi g ． 2 Ve c t o r d i a g r a m of d i s p l a c e me n t o fmod e l t r a n s ec t i o n 台阶边墙顶部隧道初支结构有一定的外张，这与现 场实测的隧道结构受力及收敛结果相吻合。 隧道上方 的地层 竖 向位移 即沉 降槽 曲线可 由地 层位移矢量的竖向分量连接而成 见图 3 ，沉降槽曲 线反弯点距隧道中线 1 0 m左右，沉降槽宽度系数 j 从地表 向下逐渐 减小 ，沉 降量 则逐渐增大 。 地 层各点 的水平位 移 曲线可 以 由地 层位移矢量 的横向分量连接而成，地表水平位移曲线见图 3 ， 地表水平位移均向隧道方向，水平位移零点在距离 隧道中线 4 0 m 以外，其值随埋深的增加而逐渐减 小，计算可得模型从地表往下第 3层的水平位移零 点距离隧道中线 1 6 ．3 m，该点左右两侧土体水平位 移方 向相 反。 l O O g 一1 0 一 2 0 长 - 3 O 4 0 图 3 地表竖向及水平位移 F i g ． 3 V e r t i c a l a n d h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t s o f g r o u n d 从地表到拱顶地层竖向位移增加，模型计算的 拱顶 比地表沉 降值大 5 ． 2 5 mm 见图 4 。地表沉 降 的 纵 向超 前影 响范 围大 2 0 m，大 于拱顶 下沉超 前影 响 ，横 向影响范 围广 单侧 4 0 m ，即在一 台阶掌子 面通过前地表沉降量比拱顶下沉大，而随着一台阶 维普资讯 第 2 4卷第 1 2期 黄俊等．地铁重叠隧道上覆地层变形的数值模拟 2 1 7 9 f． 上 4C 3D 加 S ∞0 | ∞● ＼ 、 、 e ￡ 9 m 岫 7硼 CmRd_t } kz ∞●● ∞ k 雏 啪 z ∞ 删 Ym啪 0 { Ⅲ2m∞ ＼ D 日 m h ‘ ＼ 。 ．∞ 0 | U ■- 删 一， 一 | 蔷 ．， ．Ⅷ | ＼ t 、 、 、 ＼ ～ 譬 嚣黑 图 4 地表沉降与拱顶沉降计算曲线 F i g．4 Ca l c u l a t i o n c u r v e s o f g r o u n d a n d a r c h c r o wn s e t t l e m e n t 推进 ，拱 顶沉降发展很快 ，超过 了地表沉 降，并一 直保持到稳 定状态 。由图 4可知 ，拱顶 下沉在一、 二台阶通 过时 的沉 降速 率很大 ，而地表 沉降 的超前 沉 降较 大 ，三 、四台阶的开挖对地层变 形的影响较 小。 图 5 ，6 为现场 实测 的地表与拱 顶沉降历时 曲 线 ，与数值模拟 的结果 比较 ，可发现 图 5的一般地 层实测值与 图 4预测结果吻合较 好 ，两者地表沉 降 值 相差 9 ． 7 i n n l ，误差 1 8 ． 4 ％，拱顶下沉值相差 0 ． 8 5 i n n l ，误差 1 ． 7 ％，地表沉 降差值 正是数值模拟 中未 考虑 的地层 失水沉 降所致 。而 图 6含水砂层地层 实 测值 1 5 1 ． 5 mm 与数值 计算结果相差 4倍左 右，但 考虑地层 失水 固结 、地层 失水 失砂后其变化趋势 与 计算结果相似 。该 曲线沉 降量 为 3 A 标最大 ，与此 处砂层最 厚，且位于砂层 的汇水点上有 关。 图 5 一般地层地表与拱顶沉降实测历时曲线 F i g ． 5 M o n i t o r c u r v e s o f g r o u n d a n d a r c h c r o wn s e tt l e me n t i n g e n e r a l s t r a t u m 隧道 开挖引起 的地层 变形是 由开挖扰 动后地 层 应 力释放 引起 的，即开挖 过程 中隧道周边 围岩有 向 隧道 内空位 移 的趋势 ，支 护达到一定 强度 后 围岩移 动趋向稳定；而地层的失水固结变形和地层失水失 砂 引起 的地 层 损 失 也 是地 层变 形 中不 可 忽 略 的部 分 ，其值在含 水砂层地段很 大 。因此 ，含 水砂层地 与掌子面间距／ 1 1 1 一 l 0 0 l 0 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 0 图 6 含水砂层地段地表与拱顶沉降实测历时 曲线 Fi g ． 6 Mo n i t o r c u r v e s o f g r o u n d a n d a r c h c r o wn s e tt l e me n t i n w a t e r y s a n d s t r a t u m 段的数值计算结果仅为总变形量的一部分，地层环 境控制还要考虑地层失水影响。 从深圳地铁 3 A,3 B雨 1 3 C标重叠隧道的实测资 料统计分析，考虑地下水的影响后 ，一般地段重叠 隧道地表最终 的沉 降值 可控制在 6 0i i l l n以内；砂层 地段由于开挖过程中地下水的影响很大，且伴随着 地下水 的流 失地层损失包括 土颗 粒 的流 失，其 实际 地表沉 降较大 ，在地表没有 重要建筑物 ，地 下无重 要管线时 ， 地 表沉降一般可控制 在 1 2 0 mm； 而对 于 环境控制比较严格位置必须做地层预加固处理有效 控制地层变形 。 3 A 标 在含水 砂层段 分别采取 了隧道 内深孔注 浆和地表垂直旋喷注浆加固方案，后者止水效果较 好 ，而 从垂直旋喷加 固效果检验看对砂 层和软土层 的强度基 本没有提高 ，可见 ，本文 的模 拟结果和现 场 的实测都显示止水后地 层变形可 以得到有效 的控 制 。 隧道模 型在开挖 4 0 m 后 的位移等值 线如 图 7 所 示， 由图中能明显 看到地层变形情 况 ，从隧道拱 顶往外逐渐减小。三、四台阶所处地层强度较高， 其变形量相对较 小。 图 7 位移矢量等高线分布 F i g ． 7 Co n t o u r o f d i s p l a c e me n t v e c t o r 维普资讯 2 l 8 0 岩石力学与工程学报 2 0 0 5年 4 ． 1 ． 2应 力分析 隧道开挖后 ，拱部 、仰拱及 各台阶位置 出现 了 较大范 围的拉应力 区，最大拉应力为 5 1 ． 3 8 k P a ，同 时 ，地表距 隧道 中线 一定距 离 约 1 0 m P l“ 也为地层 拉应力 区。模 型开挖后最大主应 力等值线 见 图 8 ， 最小主应力等值线见 图 9 。 图 8 模型开挖后最大主应力分布 Fi g ． 8 Di s t r i b u ti o n o f t he m a x i mu m p r i n c i p a l s t r e s s e s 图 9 模型开挖后最小主应力分布 Fi g ． 9 D i s t r i b u t i o n o f t h e m i n o r p r i n c i p a l s t r e s s e s 4 ． 1 ． 3塑性 区分布 地铁隧道施工 中隧道 围岩为土体 ，强度相对较 低 ，且暗挖 台阶法 为应力释放法 ，采 用复合式衬砌 柔 性支护 ，开挖 时工 作面没有较大 的抗力，只是采 用预加 固地层和 短开挖来实现控制地 层的变形 ，因 此 ，开挖过程 中塑性区主要 出现在一 、二台阶开挖 过程 中，三 、四台阶 围岩强度相对较 高，塑性 区相 对较小 。隧道拱 部周边 的塑性 区范围较大 ，横 向影 响范 围很大 ，达 3 5 m 左右 ，同时拱部上 方 4 ～6范 围 内均为塑性 区，该处为厚 3 ． 1 m 的软土层 。塑性 区分布见 图 1 O ，深色部 分代表 塑性区 。 4 ． 2 隧道上覆地 层的三维变形分析 图 l 0塑性 区分 布 Fi g ． 1 0 Di s t r i b u t i o n of p l a s t i c z o n e 结合现场含水砂层试 验断面 隧道 两侧 土体水平 位移 观测和分层沉 降观测 的试验结 果，取隧道模型 中隧道 断面右侧 0 ． 9 i n处地层 ， 地 表往下 2 8 in 土柱 研 究，分别对计算和 实测 的不 同埋深土 体三维变形 作对 比分析 ，由于模 型选 取 的为一般地层 条件 ，未 考虑地 层的失水效应 ，故计算结果在量值 上要小于 实测值 ，其 变化趋势相吻合 。 图 1 1中竖 向位移随埋深变化 曲线规律相似 ，从 两者 的大小看相差 4倍 ，这与试验 断面含水含砂含 断层 有关 。地层 的失水固结及断层 的存在 都加大 了 地层 的竖向变形 。计算 曲线 2 0 in 以下地层竖 向变形 很小 ，这与其强度指标相协调。实测 曲线 2 0 in 处的 变形较 大与渗水和施工 中的爆破 振动 相关 。 竖向位移／ mm - 5 0 -3 0 一l 0 0 E E 聪 隧 图 l 1 竖 向位移随埋深变化计算 左 、实测曲线 Fi g ． 1 l Ch a n g e o f c a l c u l a t i o n 1 e f t a n d mo n i t o r v e r t i c a l di s pl a ce m e n t wi t h de pt h 图 1 2 中隧道 右侧土体垂直 于隧道 走 向的水平 位移计算 、实测 曲线 规律 相近 ，由于模拟计算 中考 虑 了地层 的超前预加 固，故两者 数值相差不大 2倍 O 2 4 6 8 O 2 4 6 8 O 2 4 6 一 一 一 一一 一 一 一 一 维普资讯 第 2 4卷第 l 2期 黄俊等 ．地铁 重叠 隧道 上 覆地层 变 形 的数值 模拟 2 1 8 1 水 平位 移 ／ mm 一 6 3 0 3 一 l 5 ． 5 9一I l 5 5 - 7．5l 一 3 ． 4 6 0．58 4 ． 6 2 水平位移／ mm 图 l 2 水平位移随埋深变化计算 左 、实测 曲线 F i g ． 1 2 C h a n g e o f c a l c u l a t i o n 1 e f t a n d mo n i t o r h o r i z o n t a l e s d i s p l a c e me n t wi t h d e p t h 左右 ，这也验证 了计算结 果的准确性和可行性 。从 两 条 曲线之 间的变化趋 势看 ，隧道右侧地 层不 同埋 深位 置水平位移方 向不同 ，拱部上方土层 均 向隧道 内空变形 n 0 位 移 为负值 ，而 隧道边墙 外侧 土体则 背离隧道移动 ，说明超 前预加 固注浆和 初期支护背 后注 浆加固效果较好 。 隧道右侧土体 平行与隧道方 向的水平位移在隧 道开挖通过前后 明显不同，图 1 3中水平位移 的计算 及实测 曲线在 掌子面通过前后水平位移 相反 ，即随 着掌子面推进 ，土体 向掌子面移动 ，而掌子面通过 断面后土体仍 向掌子面方 向移动 ，但此 时的位移值 与前期正好相 反，这 一点从计算 和实测 曲线都可 以 明显看到 ，两 者的水平位移 曲线左右摆动 ，曲线 随 着开挖面 的推 进逐步 向前推进 ；但 开挖面通过后计 算 曲线与 实测 曲线有一定差异 ，实测 曲线地表纵 向 位移较大 。 水平位移／ m 水平位移／ mm 一5 0 2 ． 5 0．0 2 ． 5 5 ． 0 -2 0～ l 0 0 1 0 2 0 ＼ 0 I＼ l j E＼ _ 4 要l - 6 | 一 8 t 一 十 通过之 间、 一 l ， 阶通 F 十2 0 0 2 l ● 一2 0 0 2l 1 ．’ 2 0 0 2 l J ‘ 一 ． 一2 0 0 2l 1 I 2 f a b 图 l 3 纵向位移随埋深变化计算曲线 F i g ． 1 3 Ch a n g e o f c a l c u l a t i o n 1 e f t a n d mo n i t o r l o n g i t u d i n a l d i s p l a c e me n t wi th d e p th 图 1 4 所 示为不 同埋深 土体 平行于 隧道方 向水 平位 移随开挖面推进 变化 曲线 ，图中 8 ～1 2号点分 别代表 拱顶正上方埋 深为～1 2 ，一1 0 ，一 7 ， 一3和 0 r f l 各个位 置土体 ，各 曲线在上 下台阶通过前 后都有一 个凹槽 ，然后位移 出现 了相 反的变化趋 势 ，与 图 1 3 的分析相吻合 ，可 见土体在 开挖 过程 中水 平位 移 的 变化趋势 。 图 1 4水 平位 移随 开挖变 化 曲线 Fi g ． 1 4 Ch a n g e o f h o riz o n t a l d i s p l a c e me n t wi th e x c a v a t i o n 4 ． 3 台阶长度及临时仰拱对地层变形的影响 由于各 台阶间临时仰拱 的存 在 ，台阶长度 改变 地层变形 影响很小，一台阶长度从 6 r f l 变 为 2 0 r f l 后 地表沉降增大 1 ． 5 mm，拱顶下沉增加 1 ． 8 mm。 临时仰拱 的强度对地层变形 影响较大 ，原设计 二 、三 台阶只 设临时型钢不挂 网喷混凝土 ，地层 变 形很大 ，现场 实测隧道结构 收敛 值也较大 。从数 值 计算看挂 网喷 混凝 土后地层变形减小 5 ～8 mm。 5 结论 由数值 计算 的结果可 知，地 层 的变形规律 与现 场 实测 吻合较好 ，数值计 算结果能反 映隧道开挖 引 起 的地层 变形特征 ；同时对于含水砂层地 层要考虑 地层 的失水 固结 ，砂 、土颗粒流 失及 隧道 结构整体 下沉 的影响。因此 ，对深圳地层地铁重叠隧道施工 ， 一 般地 段地表最终 的沉 降值 可控 制在 6 0 mm 以内 含水砂层地 段可控制在 1 2 0 mm 以内 。对沉降控制 要求较 高 的地段可采 用造价较 高的地 表垂直旋喷辅 助 工法 减小地层变形 ，这 已在 3 A标成功运用 。 参考文献 R e f e r e n c e s I U 陶龙光，刘 波 ．盾 构过地 铁站施 工对地 表沉 降影响 的数值模 拟f J 】 ．中国 业大学学报， 2 0 0 3 ， 3 2 3 2 3 62 4 0 ． T a o L o n g g u a n g ， 维普资讯 2 1 8 2 岩石力学与工程学报 2 0 0 5年 Li u Bo． Nume r i c a l s i m u l a t i o n o f g r o u n d s e t t l e me n t d ue t o c o n s t r u c ti n g me t r o - s t a t io n b a s e d o n s h i e l d t u n n e l i n g [ J ] ． J o u rna l o f Ch i n a Un i v e r s i t y of M i n i n g a n d T e c hn o l og y ， 2 0 0 3，3 2 3 2 3 6 2 4 0 ． i n C h i n e se 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 1 ．同济 大 学 学报 ，2 0 0 2，3 0 4 3 7 93 8 5 ． S u n J u n ，L i u Ho n g z h o u．3D n u me ric al s i mu l a t i o n o f g r o u n d s u r f a c e se t t l e me n t u n d e r o v e r l a p p e d s h i e l d t u n n e l i n g [ J 1 ． J o u r n a l o f T o n g j i Un i v e r s i t y ， 2 0 0 2 ，3 0 4 3 7 9 3 8 5 ． i n C h i n e se 程桦 ，孙钧．软弱围岩 复合 式隧道衬砌 力学机理 非线性 大变 形 数值分析【 J 】 ．岩石 力学与工程 学报 ，1 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