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基于等代层模型的盾构法地层移动优化反分析
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【交通安全调研论文】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=G′p+U*3D+ω (1)
式中,G′p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;ω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
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