隧道沉降槽參數(shù)

SettlementtroughparametersfortunnelsinIrishglacialtills

愛爾蘭冰川隧道的沉降槽參數(shù)

B.A.McCabe，T.L.L.Orr,C.C.Reilly,B.G.Curran

導(dǎo)師王海濤道路與鐵道工程蘇鵬當(dāng)前第1頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)前第2頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)前第3頁\共有19頁\編于星期二\15點關(guān)鍵詞:

橫向沉降曲線

冰磧

沉降槽寬度

隧道

體積損失

泥礫土

摘要冰磧(或泥礫)是愛爾蘭島上最普遍的沉積物。在過去10年的東部地區(qū)，由于對重大建設(shè)項目進行實地調(diào)查和相關(guān)測試，這些冰磧的行為，尤其是都柏林泥礫土，現(xiàn)在被人們更好地理解了。盡管同一時期內(nèi)該國隧道活動增加，但在冰川下的隧道化作業(yè)所引起的沉降方面有非常少的記錄。本文介紹了兩處冰磧區(qū)域的橫向地表沉降數(shù)據(jù)。在都柏林港口隧道中，有4個剖面被認為是“軟土地”的一部分。據(jù)報道，在中部地區(qū)的馬林加，一個用于污水處理建造的管頂式微型隧道有九個剖面;其中一個是在鐵路路基的頂部測量的。用標(biāo)準(zhǔn)的高斯誤差函數(shù)來解釋被測量的集合，槽寬參數(shù)受細顆?；虼诸w粒的比例的影響。此外，還提供了最大槽沉降和體積損失的保守設(shè)計估算，并討論了泥礫土的影響。本文首次提供了預(yù)測愛爾蘭土壤隧道上方地表沉降的一個經(jīng)驗指導(dǎo)。當(dāng)前第4頁\共有19頁\編于星期二\15點

研究

目的

①沉降槽寬參數(shù)

②最大槽沉降和體積損失的保守設(shè)計估算

③泥礫土的影響

當(dāng)前第5頁\共有19頁\編于星期二\15點地表沉降槽斷面

隧道施工時沿與隧道縱向軸線垂直的方向上會出現(xiàn)沉降槽。1969年在當(dāng)時大量隧道開挖施工引起的地表沉降實測資料的基礎(chǔ)上,Peck系統(tǒng)地提出了地層損失的概念和估算隧道開挖地表下沉的實用方法，即Peck公式，它已成為目前應(yīng)用最為廣泛地預(yù)計隧道施工地表沉降的方法。所謂地層損失，是指隧道施工中實際開挖的土體的體積與竣工體積之差。Peck認為，在不排水情況下隧道開挖所形成的地表沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失。

-----------隧道開挖引起土層沉降槽曲線形態(tài)的分析與計算當(dāng)前第6頁\共有19頁\編于星期二\15點Peck公式如下：

為距離隧道中心線為x處的地表沉降值;為隧道中心線處地表最大沉降值；x為距隧道中心線的水平距離；為地表沉降槽寬度系數(shù)，即沉降槽曲線反彎點至隧道中心線的水平距離。

-----------隧道開挖引起土層沉降槽曲線形態(tài)的分析與計算當(dāng)前第7頁\共有19頁\編于星期二\15點地表沉降橫向分布近似為一正態(tài)分布曲線，如圖1所示。公式需要確定和兩個參數(shù)。因為地表沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失V的體積，地表沉降槽的體積可以通過積分得到：求得后，就可以得到，然后得到地表任一點的豎向沉降值。

-----------隧道開挖引起土層沉降槽曲線形態(tài)的分析與計算當(dāng)前第8頁\共有19頁\編于星期二\15點地表以下土層沉降槽斷面

對于地表以下至隧道以上土層，地層損失的體積假設(shè)依然成立，就是說地表以下任一土層的沉降槽的體積等于地層損失，而且,沉降槽仍為一正態(tài)分布曲線，隨著土層深度z的增大，該土層距隧道頂部的垂直距離減小，土層的沉降槽曲線寬度系數(shù)將會減?。▓D2），于是，Smax和i兩個參數(shù)的取值會隨深度變化而不同，它們均可表示為深度z的函數(shù)。

-----------隧道開挖引起土層沉降槽曲線形態(tài)的分析與計算當(dāng)前第9頁\共有19頁\編于星期二\15點

地表以下沉降槽寬度系數(shù)

若要分析地表以下土層沉降槽曲線，首先需要了解沉降槽寬度系數(shù)沿深度變化的規(guī)律，這是分析地表以下土體沉降的關(guān)鍵。由于測量地表以下土層沉降槽曲線寬度系數(shù)的試驗較為繁瑣，所以實測數(shù)據(jù)很少，而對于的測量較為簡單，其實測數(shù)據(jù)相對較多和成反比，所以可以通過的數(shù)值來研究沿深度變化的規(guī)律。

-----------隧道開挖引起土層沉降槽曲線形態(tài)的分析與計算當(dāng)前第10頁\共有19頁\編于星期二\15點

-----------砂土地層隧道開挖對地層位移影響的模型試驗研究當(dāng)前第11頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)前第12頁\共有19頁\編于星期二\15點最近的研究（Jones2010）已經(jīng)表明，Zo值超過35m時，i和Zo之間的關(guān)系不是線性的，這比本文中考慮的隧道深度要大。比例常數(shù)k被稱為槽寬參數(shù)，并被認為在很大程度上與建造方法無關(guān)（MairandTaylor，1997）。Mair和Taylor（1997）總結(jié)了大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論認為0.4<k<0.6的粘土，k對粘土的剛度沒有依賴性。相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，砂土和礫石中的隕石呈現(xiàn)出更大的分散性，大部分數(shù)據(jù)的界限為0.25<k<0.45。當(dāng)前第13頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)前第14頁\共有19頁\編于星期二\15點在過度固結(jié)的粘土中，Vi通常用Macklin(1999)的方法估計:V取決于現(xiàn)在的穩(wěn)定數(shù)N與崩潰時的穩(wěn)定數(shù)Ntc之比，穩(wěn)定數(shù)N被定義為：其中為隧道軸水平的豎向總應(yīng)力，為內(nèi)部支承壓力，為粘土的不排水剪切強度。Macl(1999)和Devriendt(2010)提供了從各種實驗研究中選擇Ntc的經(jīng)驗指導(dǎo)，這些研究在組合時，跨度范圍很廣，可能覆蓋直徑和不受支撐的預(yù)直徑比。當(dāng)前第15頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)前第16頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)前第17頁\共有19頁\編于星期二\15點當(dāng)方程（8）和（9）與其他任何經(jīng)驗公式一樣，應(yīng)謹慎使用，它們可以提供第一次估計，即由于在愛爾蘭地形條件下采用當(dāng)前的隧道方法進行隧道掘進而可能造成的體積損失。如果遇到泥礫土，這些數(shù)值可能會增加。當(dāng)前第18頁\共有19頁\編于星期二\15點

這篇論文整理愛爾蘭各類冰川隧道的經(jīng)驗，以期提供初步的地表沉降的大小和范圍，這可以減少隧道的收縮效應(yīng)。從這項研究中可以得出一下結(jié)論：

①對于冰川土壤，重要的是要確定控制沉降槽主要因素的覆蓋層是否具有細或粗材料的特征，因為每種材料的k值已經(jīng)顯示出很大的差異。正確的選擇對于獲得可靠的體積損失預(yù)測非常重要。

②粗粒土的沉降槽槽寬度系數(shù)k值在0.2-0.3范圍內(nèi)，這是Mair和Taylor(1997)的砂礫石數(shù)據(jù)庫的最低值。

③細土的k值在0.4-0.6范圍內(nèi)，與Mair和Taylor(1997)的clays數(shù)據(jù)庫一致。在軟、硬粘土隧道中獲得的k值之間沒有明顯的區(qū)別。

④隨著時間的推移，在馬林加地區(qū)的土壤中的Smax與膨潤土流體的耗散有關(guān)，膨潤土流體是用來支持超長管道的。這些土壤中沒有隨時間的系統(tǒng)變化。所有的礫質(zhì)粘土都是軟質(zhì)的，固結(jié)沉降不是