基于等代层模型的盾构法地层移动优化反分析
8页1、基于等代层模型的盾构法地层移动优化反分析 提要该文提出了盾构施工引起的地层移动的反分析优化方法,采用共轭梯度法优化程序并且基于等代层模型来评价地层移动,分析了回填注浆对地层移动的影响。通过南京地铁某盾构隧道监测数据的反分析结果,发现在粘土层中盾构施工对地表的影响角度大约为45,回填注浆可以减少60%80%的自然空隙。建立了新的经验公式来预测南京地区盾构施工引起的地层移动,实例表明该公式具有良好的效果。关键词盾构法等代层模型反分析优化 1 引言 盾构法由于其自动化程度高、对交通影响小等优点,已经成为目前城市隧道施工的主要方法。但是盾构施工是在岩土体内部进行的,无论其埋深大小,盾构的施工将不可避免地扰动土体,破坏了原有的平衡状态,而向新的平衡状态转化。无论盾构隧道施工技术如何改进,由于施工技术工艺质量及周围的环境和岩土介质的特点,施工引起的地层移动是不可能完全消除的。因此,预测盾构施工的影响范围是很有必要的。 工程中,经常会采用一些参数较少的经验公式,譬如1969年Peck提出的高斯曲线分布1。高斯曲线虽然能跟实测的数据相吻合,但是它没有理论上的基础,而且不同的地层特性和施工工艺其曲线分布
2、也是不同的。 采用有限元等方法的数值模拟来模拟地层移动是常用的方法2,3。但是由于复杂的施工技术以及多变的地层参数,很难使模拟结果与实际观测数据保持一致。因此,在监测过程中,不但要保证周边环境的稳定,还必须采集更多的数据用作反分析。 本文采用共轭梯度的优化程序,基于等代层模型来确定盾构施工的影响角度,并且考虑到回填注浆的影响建立经验公式预测地层移动。2 等代层模型 Rowe等人在1983年定义了间隙参数g来描述隧道周围的二维等效空隙量。Lee等在1992年,在不考虑土的固结的情况下,空隙参数定义为4:g=Gp+U*3D+ (1) 式中,Gp为盾尾脱空引起的变形;U*3D为盾构开挖面等效的三维弹塑性变形;为考虑到施工工艺开挖面产生的径向变形。当采用土压平衡式盾构时,U*3D取值为0。 Loganathan和Poulos在1998年重新把空隙参数定义为等代层模型,结合均匀弹性半空间隧道的解析方法,预测在粘土层中盾构施工引起的地层移动5,如图1所示。不考虑土体的固结,地层的水平及垂直移动可以用下式表示: Gp=Gp (4) 式中,Gp为未注浆时的盾构机的自然空隙;为注浆因子。注浆因子表示注浆
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