寧波軟土盾構隧道施工地表沉降研究

王冠東

（中鐵四局集團第二工程有限公司 江蘇省蘇州市 215000）

0 引言

軟土地層中的工程開展形式主要以盾構隧道工程為主，而工程的安全順利開展則主要依賴于對盾構隧道施工引發的地表沉降數值和分布情況進行正確研究。隧道掩埋深度、地層情況、工程施工中應用的技術等是影響地表沉降的主要因素，而工程測量數據卻可以受到多種因素的影響，因此，需要對工程測量數據進行研究，從而對盾構隧道施工引發的地表沉降規律進行科學研究。

1 利用Peck公式分析地表沉降與深埋

1.1 沉降槽寬度系數的取值計算

Peck地表沉降的計算主要與三個系數有關，即Sx-與隧道軸線保持X距離的地表沉降值，單位為mm；Smax-地表沉降值（隧道軸線處），單位為mm；i-地表沉降槽呈現的曲線的拐點處至隧道軸線的長度，單位為mm。由這三個系數構成的Peck地表沉降公式為：Sx=Smaxexp{-x2/2i2}（式1）。眾多研究者通過對測量資料進行研究，并結合模型模擬實驗，為沉降槽寬度系數的取值計算指出了意見，以及計算所適用的條件[1]。

例如，當來源為Peck時，想要對沉降槽的寬度系數進行計算，就需采用公式：i/R=[H/（2R）]n，（n=0.8～1.0），且這一公式可適用于對各類土層的計算。當來源為Loganathan，Poulos時，就需采用公式：i/R=1.15[H/（2R）]0.9，這一公式僅適用于對黏性土層的計算。當來源為Atkinson，Potts時，就需采用公式：i=0.25（1.5H+0.5R），這一公式僅適用于對密實、超固結黏土的計算。以上提到的計算公式都是在對寧波地區或寧波特定地層的實例進行分析，從而總結出的，寧波地區的沉降槽寬度系數的取值計算可以此為依據。

1.2 沉降槽寬度系數與掩埋的關系

寧波地鐵中的很多區間隧道由兩條盾構隧道構成，盾構機外徑的長度在6m左右。利用上文提到的沉降槽寬度系數計算公式，對地表沉降槽寬度系數，特別是不同隧道中心線下的這一系數進行計算，可分析得出沉降槽寬度系數與掩埋的關系。

例如，當隧道中心線埋深一定時，采用Peck（n=0.9）公式對沉降槽寬度系數進行計算時，和采用Loganathan，Poulos公式對沉降槽寬度系數進行計算時，得出的沉降槽寬度系數是不一樣的，采用Loganathan，Poulos公式計算得出的這項系數要比采用Peck（n=0.9）公式計算得出的大，但這兩組系數與相對應的隧道中心線埋深的關系卻都是隧道中心線埋深增加，則沉降槽寬度系數增加。即若隧道尺寸不變，則可利用Loganathan，Poulos公式，Peck（n=0.9）公式等對隧道埋深變化影響沉降槽寬度系數的情況進行分析。

1.3 隧道軸線地表沉降與掩埋深度的關系

將地層損失率定為一定數值，并結合Peck關于橫斷面地層損失與沉降槽面積相等的推論，對橫斷面地層損失進行計算，可得出有關隧道軸線地表沉降的公式，公式為：Smax=Vi/2π （i式2）。在得出這一公式的基礎上，利用該公式對隧道軸線地表沉降進行計算，并利用上文提到的沉降槽寬度系數計算公式對不同隧道中心線掩埋下的沉降槽寬度系數進行計算，便可得出隧道軸線地表沉降與掩埋深度的關系[2]。

例如，當隧道中心線掩埋深度一定時，采用Peck（n=0.9）公式計算得出的軸線地表沉降的數值要比采用Loganathan，Poulos公式計算得出的該項數值大。而在隧道中心線掩埋深度與軸線地表沉降的關系上，盡管采用的公式不同，但總體的關系趨勢卻相同，即軸線地表沉降隨隧道中心線掩埋深度的升高而降低，且呈近似冪函數關系趨勢。

2 實際檢測案例分析與參數修正

2.1 案例情況

對寧波軟土地層2個不同區間的隧道工程進行實地考察，并對其中的18條橫斷面地表沉降測線進行研究，考察的內容主要涉及：隧道內外徑尺寸、不同斷面隧道中心線掩埋深度、檢測地點地表沉降數值等。

區間隧道內外徑的長度均在6m左右。18條斷面隧道所穿越的地層主要有黏土、粉砂等。這些地層的密度在16.7～18.1g/cm3范圍內，黏聚力在7.0～16.0kPa范圍內，摩擦角在11.5°～28.5°范圍內，壓縮模量在2.4～7.0MPa范圍內。

2.2 實際檢測擬合值和計算值的比較

參考劉建航提出的有關土層參數會影響到沉降槽寬度計算公式的觀點，可以將沉降槽寬度系數的實際檢測擬合值與上文中提到的兩個沉降槽寬度系數i的公式，即進行比較，從而得出Peck公式中的建議計算方法的計算數值與實際檢測擬合值相比會明顯大很多的結論。若將Peck公式算法應用到寧波軟土盾構隧道施工地表沉降的案例中，就需要意識到這種算法只適用于體現掩埋深度對沉降槽寬度系數所帶來的影響，而當處在不同的地層條件時，即便掩埋深度是同樣的，沉降槽的寬度也不可能相等。未能對地層條件進行考慮是這種計算方法存在的一個缺點。但盡管如此，聯系這一計算方法還是可以對沉降槽寬度系數的實際檢測的擬合值與隧道中心掩埋深度的關系進行分析，并繪制出相關的散點圖。

軟土地層盾構隧道的工程的開展會引發橫斷面地表的沉降，而對沉降槽寬度系數進行計算可采用公式：i=[R+Htan（45°）]/n。該公式中的n為系數，一般在計算時取2～3。這種計算方法在考慮到隧道掩埋深度與尺寸變動的基礎上，從摩擦角的角度出發，對地層條件的變化也進行了考慮。

3 總結

總而言之，能夠對盾構隧道施工產生擾動影響的因素有很多，并且這些因素是很難被精準計算的。本文對計算沉降槽寬度系數的計算方法進行了研究，而這一計算方法是在人為假定的基礎上完成的，需要在日后通過結合更對工程實例，進行進一步的完善。