盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、

第34卷第1期 岩 土 力 学 Vol.34 No. 1 2013年1月 Rock and Soil Mechanics Jan. 2013

文章编号：1000－7598 (2013) 01－0290－10

盾构隧道局部长期渗水对隧道变

形及地表沉降的影响分析

刘 印1, 2，张冬梅1, 2，黄宏伟1, 2

（1. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092；2. 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092）

摘 要：研究表明，盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状，首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法；在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下，对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明，盾构隧道渗水接头的位置不同，孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异；接头位置越靠近隧道底部，渗水导致的孔压减小越显著，造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形，还会引起隧道左右两侧受力不平衡，从而造成隧道水平侧移。通过对比表明，采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同；不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。 关 键 词：盾构隧道；接头渗水；孔压；沉降；隧道变形

中图分类号：TU 471 文献标识码：A

Influence of long-term partial drainage of shield tunnel on tunnel

deformation and surface settlement

LIU Yin，ZHANG Dong-mei1, 2，HUANG Hong-wei1, 2

1, 2

（1. Key laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China;

2.Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China）

Abstract: It is reported that the long-term seepage of shield tunnel often results in significant settlements of ground surface and tunnel. A calculation method which meets the stiffness requirements of shield tunnel is firstly proposed to simulate the partial drainage of tunnel. The distribution of pore water pressure of soils around the tunnel, ground surface and tunnel settlement as well as tunnel deformation are investigated by considering different joint leakages in the context of the same magnitude of water inflow at steady state. The results indicate that the pore water pressure distribution, the settlement and tunnel deformation change significantly with variation of location of joint leaking. The pore water pressure around the tunnel decreases obviously when the leaking joint close to the tunnel invert, which results in larger ground surface and tunnel settlement. The tunnel will not only squat with time due to joint leaking, but occur horizontal displacement induced by unbalance loads. The distribution of pore water pressure, ground surface and tunnel settlement and tunnel deformation are all significantly different from those obtained by equivalent uniform drainage analysis. Finally, it is shown that the calculation without considering the partial drainage can not properly model the long-term behavior of the shield tunnel.

Key words: shield tunnel; joint leaking; pore water pressure; settlement; tunnel deformation

1 引 言

软土盾构隧道一般由抗渗混凝土管片拼装而成，在长期使用过程中，容易发生大量渗水，进而导致隧道和地表发生较大的长期沉降，影响地铁的

正常运行，因此备受关注[1

－3]

。

盾构隧道在饱和土体中建成后，隧道内外存在较大的水头差，难免会发生渗漏水。渗水促使隧道周围土体的孔压减小、有效应力增大，进而引起地层沉降，并最终达到稳定状态[2]。关于盾构隧道渗

收稿日期：2012-06-25

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目(No. 2011CB013800)；上海市自然科学基金项目(No. 12ZR1433600)；国家自然科学基金项目(No. 51278379)。

第一作者简介：刘印，男，1982年生，博士研究生，主要从事软土盾构隧道长期性态方面的研究工作。E-mail: liu009yin@

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、

第1期 刘 印等：盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析 291

水问题，很多学者做了大量工作，在隧道渗漏水的模拟中基本都采用等效渗透的方法，即把盾构隧道的衬砌等效成均质渗透体[4

－6]

能实现局部接头渗水的模型；然后，将该方法与实际工程相结合，在相同渗流量的前提下，对比分析了局部不同接头渗水对孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形的影响。

。实际上，采用抗渗

混凝土的盾构隧道，渗水主要发生在管片接头、手孔、螺栓孔等局部地区[3]。Mair[2]指出，盾构隧道的渗水有其特定的路径，即发生在管片接头处，接头渗水会带来一定的问题，值得人们深入研究。Shin[5]认为，对于盾构隧道，渗水主要发生在管片接头、螺栓孔等处，但衬砌的局部渗漏难以模拟。Wongsaroj等[7]发现若将伦敦盾构隧道的衬砌看作均质渗透体，渗水稳定状态下衬砌周围的局部孔压分布与现场监测值会有较大差异，原因是隧道横断面下侧的管片接头较多，渗水较严重；为了与实际相吻合，不得不将衬砌水平轴上侧渗透系数设置得很小而下侧设置得很大。郑永来等[8]认为，上海盾构隧道横断面上侧和下侧的渗水情况不同，对衬砌上侧和下侧分别设置了不同的渗透系数，计算分析了渗流对沉降的影响。张冬梅[3]、包鹤立[9]等均阐述了盾构局部渗漏的重要性，但仍然采用的是衬砌等效渗透系数进行计算分析。吴怀娜等[10]计算了盾构隧道不同渗漏点渗水对沉降的影响，但其渗漏点只取在隧道顶部，通过改变渗漏点的个数改变渗漏总量，没有按管片接头的位置设置渗流路径，因此，难以真正反映盾构隧道接头渗水的特性，如图1所示。

剖面I

渗漏量Q 渗漏量Q地铁隧道下行线

地 …… 此处隐藏：3469字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……