地铁隧道施工引起地层位移规律的探讨

地铁隧道施工引起地层位移规律的探讨

成雯婕

关键词：地铁；隧道施工；地层位移

在隧道的施工过程中会引发出众多关于地层的问题，但是在我国进行城市化建设后，最多人关注的地层问题就是地层位移问题。以往的研究对地面变形的相关问题比较重视，但是挖掘过程中所引起的地面问题不仅仅是变形而已，地层位移也严重影响了地表建筑物的稳定性和安全，还会对地下已经有的结构产生不同程度的影响。例如，一些埋在地下的管道和电线、已经修建好的地铁隧道，甚至是影响各种地上建筑物的地基进而影响地上的建筑物的稳定和安全。从各个方面进行考虑后，需要探讨关于地表以下的位移规律这个问题，对于地铁隧道施工这种工程质量的进步有着非常重大的意义。

1时代背景

地下工程施工多是在岩层的内部进行，有的问题是不能避免的，岩层内部产生扰动是很常见的问题，这种扰动就会使地层发生变形，而地层变形的程度过大时，就会影响到地上建筑物的稳定和安全，也会不同程度的影响到地下管线的正常使用。因此，隧道施工引起的这个问题，对于城市化较为发达的城市影响就会更加严重，因为会有很多的地下构造会面临被破坏的风险。因此探求出施工所造成的影响，并对其采取相应的控制途径，是目前地铁建设最重要的问题。为了可以有效地改善施工所引起的一些问题，就要提前进行商讨出有效的计划方案。地层平移变形会使地表发生沉降，过大程度的沉降会使地下管线破损，房屋建筑会发生不同程度的沉降开裂。这些问题都是可以进行预防并减少其危害程度，因此，有关人员一定要对这个问题进行研究提出有效的改善方案。城市地铁隧道施工过程中产生位移变形的主要原因是施工过程中会造成损失，甚至是隧道的周围也会受到影响。重塑土在施工过程中会进行剪切，剪切后会再次聚集在一起形状就会发生改变，另一方面，隧道周围的土将会补偿该层的损失部位，使该层移动，地面的表层下降。指开挖土的实际体积与封闭隧道的体积之差。封闭式隧道的体积还包括隧道周围包裹并压入的泥浆体积，此外，当隧道施工的地层是有地下水的地层时，周围土壤中孔隙水压力的变化会导致地层发生位移。此外，土壤本身的移动也会导致地表的沉降。因此，无论采用何种隧道施工，都无法完全避免地层的变形，只能尽可能的减少变形对其的影响。

2Peck法的基本原理

在分析了大量的测量数据后，在1999年，根据国际土壤机械会议的研究，地表沉积物剖面通常沿着许多科学家的正常分布曲线（也称为高斯分布曲线），这是完美的。计算公式的对应地面。沉降预测模型相应的地层沉降位移预测模型的计算公式为式（1）

这个计算方法由Reilly和BMNew率先提出。它是基于伦敦的地铁隧道施工工程经验推算出来的。他们认为隧道轴线的长度和半径之间存在简单的线性关系。关系式为式（2）中的K为沉降槽宽度系数。

在式（1）引入地层损失率V1的概念，可以将式（1）改写为式（3）

V1是指每段表面带的层损失率。其体积为隧道段实际面积A的百分比。采用PECK工艺简化了许多过程，使用数学方法预测沉积物。经过30多年的技术验证，积累了许多实际应用的实例，充分证明了气象预报系统。Peck有效地预测了沉积物。目前，Peck方法作为一种非常有用的公式，可以根据该方法进行修改，而得出许多种不同的实践方案。

综上所述，Peck法适用环境多为挖埋的深而且半径小的隧道。对于扁平体隧道，所产生的地表变形是不可避免的。随机介质理论直接建立在隧道开挖前后交叉口的积分基础上，它受隧道的形状影响，并将其转化为理论，但对于一般正常城市的地铁隧道施工，其埋深的高度多为20-30米，其平均埋深为20-30米，直径大多为4-6米，PECK法可以满足上述设计条件的隧道施工方法，因此，这个方法就可以满足实际的应用，应用效果也让广大工程师满意。

3随机介质理论法与Peck法

在随机环境理论中，必须确定两个关键的参数β和R。公式中使用的两个主要参数（即沉积池宽度系数K和V1），这两个主要参数不仅提供了大量的研究结果，还提供了有力的理论依据。它们的影响因素以及许多有效的计算，或者说是预测方法，可以积累许多实地经验。

基于随机介质理论与派克方法的明确关系，进一步研究了两种方法的主要计算参数之间的关系，并总结了派克方法和随机介质理论中的应用经验，使得随机环境理论的应用更加符合项目的现实。主要来说随机环境理论是基于对过去三到五年来城市地铁隧道运行过程中土壤变形的计算。最近在采矿工程领域引进的Peck方法在计算参数和选择方面缺乏经验是相当大的，PECK工艺中具有相同计算效果的截面缩回半径与V-L层损失系数之间的关系以某种方式反映了隧道挖掘后截面表面的变化。从这个公式的推理过程，可以轻松理解最小半径和损失系数的关系，可以在实践中进行使用。

4随机介质理论方法预测理论

在岩石和土壤作为随机介质和层运动作为符合统计规律的随机过程的情况下，可以使用概率积分法研究地表运动。隧道开挖对地表的影响可能相当于构成该开挖的无限微量元素开挖的影响图1.65288定义了开挖阶段以上任何水平面的Z；在Z<H中，把厚度、长度、宽度等无限挖掘定义为一个单位，挖掘微量元素所引起的槽定义为一个单位。L（A、B、C）表示钻井下沉。最终的油箱体积等于该层的损失体积，即挖掘单元的体积。介绍了半径R（A）和主要影响角β的概率。以下是下陷的表面条的最终分布（如H）。

在施工过程中，当单孔隧道的表面稳定时，测点W的表面减薄量，而Wi定义了根据程序计算表面减薄量值的目标函数f（x）。

在上述公式中，m是表面还原测量点的数量，x=a（或x=vl，i）。

目标函数f（x）实际上是用于计算两个要解的参数的函数。解析的目的是找到用于最小化目标函数的值的参数x*的一组，因此，这其实是在优化问题。对于初始的X＝0参数集，从而获得了简单和实际的初步技术估计数，原则和方法的最优化的应用使得X参数集合的自动且迅速的检索成为可能，从而满足目标函数指定的要求。

因为计算表面相对收缩的公式是积分式，所以在算法中梯度优化非常复杂。但是，分析所需的计算参数却又很少，也就是说，所需的估计数较少。一个是计算的参数，另一个是计算的参数。N=2，旅行加速算法（鲍威尔法）中的最优化方法是一种经过改进的优化方法，适应了最大限度地减少复杂性。功能和它们的迭代。共轭方向。这些共轭方向的形成使用的目的函数的值只有迭代，而不是目标函数的梯度。该方法特别适用于目标函数复杂的情况。

从上面的讨论中可以看出，如果该层丢失，则下沉适合于高斯层。

当沉降容器的分布沿深度方向变化不大时，沉降容器的宽度系数可采用以下的公式进行计算：

公式A是一个考虑土层条件的参数，取值范围为0-1。本文研究后，如果没有粘土的区域经验，可采用0.65；砂质土可采用0.50。

覆盖率等于；结果表明，当一个参数假定不同的值时，宽度参数分布的形式是与出口容器的上部公式对应的深度。

图中显示了两个极端情况，即系数a=0和系数a=1。对于项目的实际情况，应在两条曲线之间。

5结束语

我们知道了PECK法归根结底就是随机抽选理论方法在地铁隧道施工情况下的近似性结论方法。同时，还能解释了为什么在某些情况下Peck方法不符合测量结果，而随机代理理论和常规Peck方法是简化的经验性或半理论性方法。在两种方法中应用每一个计算参数的过程中获得中不断得到改进，这可以很好的推理出地铁隧道施工中的地层位移规律，可以在实践中进行应用。

参考文献：

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