鄭州市砂性地層盾構施工的Peck公式參數優化

韓全吉　潘文濤　黃振磊

摘 要：地鐵盾構隧道上方環境復雜，人流、管線及重要建（構）筑物多，控制地表沉降成為盾構隧道工程的重點問題。河南鄭州地鐵盾構隧道穿越地層大多數為砂性土層，對砂性地層中盾構隧道掘進導致的地表沉降進行預測，能為鄭州市后續地鐵建設提供一定的技術指導。

關鍵詞：隧道盾構;地表沉降;Peck公式

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0112-03

Measure and Numerical Simulation Analysis of Surface Settlement

Law in Zhengzhou Metro Shield Construction

HAN Quanji PAN Wentao HUANG Zhenlei

（1.Zhejiang East China Surveying and Mapping and Engineering Safety Technology Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310014;

2.School of Water Conservancy Science and Engineering， Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract：The environment above Metro shield tunnel is complex， there are many people， pipelines and important buildings （structures）. Controlling surface settlement has become the key problem of shield tunnel engineering. Most of the strata crossed by the shield tunnel of Zhengzhou metro are sandy soil. The prediction of surface settlement caused by shield tunneling in sandy strata can provide some technical guidance for the follow-up subway construction in Zhengzhou.

Keywords： shield tunnel;surfacesettlement;Peck formula

進入21世紀以來，我國以地鐵為主導的地下軌道交通、以綜合管廊為主導的地下市政等開發項目快速崛起，促使城市地下空間的開發利用呈現規模發展態勢。其中，城市軌道交通發展速度位于世界首位[1-2]。

目前，關于盾構隧道開挖造成地表沉降的研究方法有經驗公式法、數值分析法、理論解析法及模型試驗法，其中經驗公式法使用最為普遍[3-6]。本文對河南省鄭州市砂性土層中Peck公式的經驗參數提出建議值，并對盾構在砂性土中掘進導致的地表沉降進行預測，以期為鄭州市后續地鐵建設提供一定的技術支撐。

1 對Peck公式回歸分析

Peck教授分析了大量隧道施工的工程監測數據，發現地面橫斷面沉降曲線能夠用高斯曲線描述，由此提出了著名的Peck經驗公式：

式中：S（x）是隧道軸線上方x處的地表沉降量，mm;S是隧道軸線上方的最大地表沉降量，mm;x是距離隧道中心的水平距離，m;V是單位長度地層損失率，%;i是地面沉降槽寬度，m;R是隧道半徑，m。

2 地鐵盾構區間的測點布置

研究區間采用兩臺土壓平衡盾構機進行施工作業，盾構主機長為7.5 m，開挖直徑為6.45 m，襯砌管片寬為1.5 m，厚為35 cm。整條線路盾構穿越的地層主要為粉質黏土、黏質粉土、粉砂、細砂，每個盾構區間穿越的地層都有粉砂、細砂層。

根據監測設計規范要求，在盾構始發端、接收端0～50 m范圍內，每10 m布設一個監測小斷面，每30 m布設一個監測大斷面;51～100 m范圍內，每10 m布設一個中線監測點，每30 m布設一個監測大斷面。

3 盾構施工區橫向地表沉降預測

3.1 Peck公式的修正

選取該區間埋深為16.5 m（2.5D，其中[D]為盾構隧道直徑6.6 m）的5個大監測斷面（66環斷面、133環斷面、168環斷面、238環斷面、273環斷面）數據，對Peck公式經驗參數進行擬合求解。根據選取的5個監測斷面地表沉降值，可得表1結果和各斷面回歸后的線性回歸函數。

將5個斷面的實測數據與回歸后的線性方程進行對比可知，這5個斷面的線性相關系數均能夠準確地反映線性轉換后兩者的線性關系。

從圖1可以看出，各實測橫斷面沉降曲線與擬合沉降曲線基本吻合，擬合度均在90%以上，可見基于Peck公式的線性擬合方法是可靠的。

通過上述數據，給出埋深16.5 m的砂性地層中Peck公式經驗參數最大沉降值和沉降槽寬度的建議值，Smax=11.371 8 mm，i=9.502 0 m，可以得到適用于鄭州埋深16.5 m的砂性地層的傳統Peck經驗公式為：

基于Peck公式對監測數據進行回歸分析，獲得各斷面最終擬合曲線與傳統Peck預測公式的對比圖，結果如圖2和圖3所示。修正過的Peck沉降曲線能更準確地反映該埋深的地表沉降規律。

3.2 Peck公式修正后的驗證

選取該區間小監測斷面隧道軸線上方32個監測點，驗證埋深16.5 m的擬合Peck公式預測地表沉降的準確性，選取某監測斷面地表沉降值，繪制成不同沉降區間占比柱狀圖，如圖4所示。從圖4可以看出，小監測斷面地表最大沉降值大多集中在10～12 mm，占比68.75%。此區間平均沉降值為11.019 mm，與修正Peck擬合公式預測的地表最大沉降值11.371 8 mm相差3.1%;32個監測數據地表最大沉降值均值為11.114 mm，與Peck擬合公式預測的地表最大沉降值相差0.306 mm，相差2.27%。

通過將擬合Peck公式預測的地表最大沉降值與該區間32組監測數據對比，驗證了修正的擬合Peck公式預測埋深16.5 m地表沉降的準確性。

4 結論

①區間埋深為16.5 m的5個大監測橫向斷面的地表沉降曲線均為明顯的凹型沉降槽，近似為高斯曲線，符合Peck公式的沉降規律。因此，可以通過線性擬合得到5個大監測斷面對應的擬合地表最大沉降值、沉降槽寬度、地層損失率。

②擬合得到的區間5個大監測斷面地表最大沉降值、沉降槽寬度、地層損失率的均值分別為11.371 8 mm，9.502 0 m、0.794 8 m。

③根據地鐵盾構在施工中的地表沉降監測數據得出適用于鄭州砂性地層埋深16.5 m的傳統Peck經驗公式，并驗證了其可行性，可為之后類似工程提供參考。

參考文獻：

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