隧道沉降槽参数

SettlementtroughparametersfortunnelsinIrishglacialtills

爱尔兰冰川隧道的沉降槽参数

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

导师王海涛道路与铁道工程苏鹏第一页，共十九页。第二页，共十九页。第三页，共十九页。关键词:

横向沉降曲线

冰碛

沉降槽宽度

隧道

体积损失

泥砾土

摘要冰碛(或泥砾)是爱尔兰岛上最普遍的沉积物。在过去10年的东部地区，由于对重大建设项目进行实地调查和相关测试，这些冰碛的行为，尤其是都柏林泥砾土，现在被人们更好地理解了。尽管同一时期内该国隧道活动增加，但在冰川下的隧道化作业所引起的沉降方面有非常少的记录。本文介绍了两处冰碛区域的横向地表沉降数据。在都柏林港口隧道中，有4个剖面被认为是“软土地”的一部分。据报道，在中部地区的马林加，一个用于污水处理建造的管顶式微型隧道有九个剖面;其中一个是在铁路路基的顶部测量的。用标准的高斯误差函数来解释被测量的集合，槽宽参数受细颗粒或粗颗粒的比例的影响。此外，还提供了最大槽沉降和体积损失的保守设计估算，并讨论了泥砾土的影响。本文首次提供了预测爱尔兰土壤隧道上方地表沉降的一个经验指导。第四页，共十九页。

研究

目的

①沉降槽宽参数

②最大槽沉降和体积损失的保守设计估算

③泥砾土的影响

第五页，共十九页。地表沉降槽断面

隧道施工时沿与隧道纵向轴线垂直的方向上会出现沉降槽。1969年在当时大量隧道开挖施工引起的地表沉降实测资料的基础上,Peck系统地提出了地层损失的概念和估算隧道开挖地表下沉的实用方法，即Peck公式，它已成为目前应用最为广泛地预计隧道施工地表沉降的方法。所谓地层损失，是指隧道施工中实际开挖的土体的体积与竣工体积之差。Peck认为，在不排水情况下隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失。

-----------隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算第六页，共十九页。Peck公式如下：

为距离隧道中心线为x处的地表沉降值;为隧道中心线处地表最大沉降值；x为距隧道中心线的水平距离；为地表沉降槽宽度系数，即沉降槽曲线反弯点至隧道中心线的水平距离。

-----------隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算第七页，共十九页。地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线，如图1所示。公式需要确定和两个参数。因为地表沉降槽的体积应等于地层损失V的体积，地表沉降槽的体积可以通过积分得到：求得后，就可以得到，然后得到地表任一点的竖向沉降值。

-----------隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算第八页，共十九页。地表以下土层沉降槽断面

对于地表以下至隧道以上土层，地层损失的体积假设依然成立，就是说地表以下任一土层的沉降槽的体积等于地层损失，而且,沉降槽仍为一正态分布曲线，随着土层深度z的增大，该土层距隧道顶部的垂直距离减小，土层的沉降槽曲线宽度系数将会减小（图2），于是，Smax和i两个参数的取值会随深度变化而不同，它们均可表示为深度z的函数。

-----------隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算第九页，共十九页。

地表以下沉降槽宽度系数

若要分析地表以下土层沉降槽曲线，首先需要了解沉降槽宽度系数沿深度变化的规律，这是分析地表以下土体沉降的关键。由于测量地表以下土层沉降槽曲线宽度系数的试验较为繁琐，所以实测数据很少，而对于的测量较为简单，其实测数据相对较多和成反比，所以可以通过的数值来研究沿深度变化的规律。

-----------隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算第十页，共十九页。

-----------砂土地层隧道开挖对地层位移影响的模型试验研究第十一页，共十九页。第十二页，共十九页。最近的研究（Jones2010）已经表明，Zo值超过35m时，i和Zo之间的关系不是线性的，这比本文中考虑的隧道深度要大。比例常数k被称为槽宽参数，并被认为在很大程度上与建造方法无关（MairandTaylor，1997）。Mair和Taylor（1997）总结了大量的现场数据，并得出结论认为0.4<k<0.6的粘土，k对粘土的刚度没有依赖性。相应的数据显示，砂土和砾石中的陨石呈现出更大的分散性，大部分数据的界限为0.25<k<0.45。第十三页，共十九页。第十四页，共十九页。在过度固结的粘土中，Vi通常用Macklin(1999)的方法估计:V取决于现在的稳定数N与崩溃时的稳定数Ntc之比，稳定数N被定义为：其中为隧道轴水平的竖向总应力，为内部支承压力，为粘土的不排水剪切强度。Macl(1999)和Devriendt(2010)提供了从各种实验研究中选择Ntc的经验指导，这些研究在组合时，跨度范围很广，可能覆盖直径和不受支撑的预直径比。第十五页，共十九页。第十六页，共十九页。第十七页，共十九页。当方程（8）和（9）与其他任何经验公式一样，应谨慎使用，它们可以提供第一次估计，即由于在爱尔兰地形条件下采用当前的隧道方法进行隧道掘进而可能造成的体积损失。如果遇到泥砾土，这些数值可能会增加。第十八页，共十九页。

这篇论文整理爱尔兰各类冰川隧道的经验，以期提供初步的地表沉降的大小和范围，这可以减少隧道的收缩效应。从这项研究中可以得出一下结论：

①对于冰川土壤，重要的是要确定控制沉降槽主要因素的覆盖层是否具有细或粗材料的特征，因为每种材料的k值已经显示出很大的差异。正确的选择对于获得可靠的体积损失预测非常重要。

②粗粒土的沉降槽槽宽度系数k值在0.2-0.3范围内，这是Mair和Taylor(1997)的砂砾石数据库的最低值。

③细土的k值在0.4-0.6范围内，与Mair和Taylor(1997)的clays数据库一致。在软、硬粘土隧道中获得的k值之间没有明显的区别。

④随着时间的推移，在马林加地区的土壤中的Smax与膨润土流体的耗散有关，膨润土流体是用来支持超长管道的。这些土壤中没有随时间的系统变化。所有的砾质粘土都是软质的，固结沉降不是