王 震,仇峰濤,陳龍龍,王世業(yè),任 銳

(1. 西安市軌道交通集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710018; 2.中鐵一局集團(tuán)有限公司智能科技分公司，陜西 西安 710054；3. 長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引 言

中國(guó)城市地下交通建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)隧道工程的質(zhì)量和工期提出越來(lái)越高的要求。由于城市建筑物眾多，車流量密集，為了減少地下工程施工對(duì)外界的影響，保障城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要采取更加高效、安全的施工技術(shù)進(jìn)行城市的地下工程建設(shè)[1]。然而，新的施工技術(shù)和方法由于各方面還不夠成熟，缺少實(shí)際工程應(yīng)用，必然在可靠性和安全性等方面存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)隧道工程的安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生一定的威脅[2-3]。如何確保城市地下隧道工程主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全以及城市地鐵高效、安全、舒適的運(yùn)營(yíng)，成為目前城市建設(shè)發(fā)展面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)[4]。因此，在保證工程建設(shè)符合規(guī)范要求的前提下，采用超長(zhǎng)大管棚快速進(jìn)行城市隧道的超前支護(hù)尤為重要。

管棚是應(yīng)用在地下結(jié)構(gòu)工程中的一種超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，是在將要開(kāi)挖的隧道襯砌拱圈弧線上預(yù)先鉆孔并安裝一定長(zhǎng)度的鋼管，以達(dá)到超前支護(hù)、保證后續(xù)工作安全的目的[5]。目前，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)對(duì)隧道管棚注漿加固技術(shù)開(kāi)展過(guò)大量的研究，取得了豐碩的研究成果。Liu等[6]以港珠澳大橋工程拱北隧道為工程背景，研究了超長(zhǎng)曲線管頂法和人工凍土法在大斷面隧道開(kāi)挖變形控制中的作用機(jī)理和效果，設(shè)計(jì)了長(zhǎng)距離、大斷面隧道水平精密頂管施工方案。賴金星等[7]采用三維彈塑性有限元方法，研究了軟弱圍巖地區(qū)隧道開(kāi)挖采用管棚和旋噴樁在4種工況下進(jìn)行加固支護(hù)的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在管棚和旋噴樁2種加固措施作用下，地表沉降和隧道內(nèi)部收斂值均得以大幅度減小。Yang等[8]對(duì)沈陽(yáng)地鐵新樂(lè)遺址站的單拱大跨頂管預(yù)加固隧道在開(kāi)挖施工過(guò)程中產(chǎn)生的地表沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)生沉降的原因進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)的預(yù)測(cè)隧道開(kāi)挖地表沉降的Peck公式，發(fā)現(xiàn)地表沉降監(jiān)測(cè)值和預(yù)測(cè)值吻合較好。張向東等[9]采用ADINA對(duì)某引水隧洞在無(wú)支護(hù)、管棚支護(hù)等條件下開(kāi)挖引起的非線性地表沉降進(jìn)行數(shù)值模擬，實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，淺埋松軟地層管棚注漿支護(hù)的效果可靠性較好。夏才初等[10]為研究國(guó)內(nèi)首例滑行道下管棚-箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)的可行性，對(duì)管棚的頂進(jìn)等重點(diǎn)工況進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到地表沉降特征和規(guī)律，通過(guò)研究分析證明了該項(xiàng)施工技術(shù)的可行性。袁海清等[11]采用FLAC3D有限差分法軟件，對(duì)管棚分別搭配預(yù)注漿、管棚、預(yù)注漿、無(wú)支護(hù)4種工況下的隧道開(kāi)挖進(jìn)行模擬計(jì)算，從應(yīng)力、沉降及位移方面對(duì)不同支護(hù)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)管棚與預(yù)注漿配合使用相對(duì)于其他支護(hù)方式效果明顯。

目前，國(guó)內(nèi)短管棚施工技術(shù)雖然已經(jīng)較為成熟，但是管棚長(zhǎng)度僅在20～30 m，主要用于洞口和部分軟弱地段。這種短管棚施工在精度和施工質(zhì)量控制方面難度較小，采用的施工設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單[12]。有時(shí)施工需要長(zhǎng)達(dá)100 m以上的超長(zhǎng)管棚，而其施工控制技術(shù)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，尚待進(jìn)一步研究。鑒于此，本文以西安地鐵某車站開(kāi)挖施工為工程依托，對(duì)隧道的超長(zhǎng)大管棚預(yù)支護(hù)效果進(jìn)行研究和分析，主要通過(guò)對(duì)隧道地表沉降監(jiān)測(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并運(yùn)用數(shù)值模擬的方法研究隧道超前長(zhǎng)大管棚的支護(hù)效果和規(guī)律。

1 工程概況及施工技術(shù)

西安位于中國(guó)西北黃土分布地區(qū)，它是在中國(guó)黃土地區(qū)第一個(gè)修建地鐵的城市。西安的土質(zhì)屬于濕陷性黃土，土質(zhì)穩(wěn)定性較好，沒(méi)有遇水時(shí)堅(jiān)硬，遇水時(shí)會(huì)產(chǎn)生大幅度的沉降，易造成地表建筑物傾斜和地下工程的損壞。西安某火車站一期暗挖工程左線長(zhǎng)269.7 m，右線長(zhǎng)260.6 m。該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，土層主要有三類，從上到下依次為：新黃土、古土壤、老黃土。隧道埋深約為25 m，采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖施工，整體從老黃土層中穿過(guò)。隧址區(qū)地質(zhì)豎向剖面如圖1所示。

圖1 管棚加固隧道地質(zhì)剖面

隧道采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖施工，每循環(huán)進(jìn)尺2.5 m。上、下導(dǎo)坑的開(kāi)挖距離為10 m。當(dāng)左側(cè)上導(dǎo)洞開(kāi)挖進(jìn)尺達(dá)到50 m后進(jìn)行右側(cè)隧道開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程如圖2所示。

圖2 隧道開(kāi)挖進(jìn)尺方法示意

1.1 超長(zhǎng)大管棚加固技術(shù)

根據(jù)隧道所處的地層、地質(zhì)情況及施工現(xiàn)場(chǎng)條件因素等，本車站的超長(zhǎng)大管棚施工采用水平導(dǎo)向跟管法。水平導(dǎo)向跟管法主要是采用水平定向鉆機(jī)，在有線導(dǎo)向儀的定位導(dǎo)向下，將管棚管依次打入土體中。鉆進(jìn)過(guò)程中通過(guò)楔形鉆頭內(nèi)置的定位傳感器傳出角度信號(hào)，及時(shí)對(duì)鉆進(jìn)角度進(jìn)行糾偏。直至管棚管達(dá)到相應(yīng)深度，隨后進(jìn)行填充注漿。管棚施工流程見(jiàn)圖3。

圖3 管棚施工工藝流程

當(dāng)隧道橫斷面發(fā)生變化，并且需采用超長(zhǎng)大管棚進(jìn)行超前加固施工時(shí)，要在變斷面與后續(xù)隧道之間設(shè)置管棚工作室，在管棚工作室內(nèi)搭設(shè)管棚施工平臺(tái)，以保證管棚施工安全、便捷。本地鐵車站的變斷面位置超長(zhǎng)大管棚施工現(xiàn)場(chǎng)及管棚鋼管布設(shè)如圖4所示。

圖4 隧道變斷面管棚工作室及管棚布設(shè)

施工前需要對(duì)孔位進(jìn)行放線測(cè)量，畫出孔位。然后在后續(xù)隧道初支結(jié)構(gòu)上進(jìn)行開(kāi)孔。開(kāi)孔直徑為20 cm。管棚管采用管徑159 mm、壁厚8 mm的無(wú)縫鋼管，布設(shè)環(huán)向間距為0.4 m。根據(jù)管棚的長(zhǎng)度，考慮相鄰鋼管接頭必須錯(cuò)開(kāi)并受現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制，奇數(shù)孔第一根下管長(zhǎng)度為2 m，其余為4 m，偶數(shù)孔最后一根下管長(zhǎng)度為2 m，其余為4 m。

水平導(dǎo)向跟管法是用管棚管直接作為鉆桿，在其最前端加裝導(dǎo)向楔形鉆頭，鉆頭前端有2個(gè)直徑約6 mm的小孔，并在鉆頭中提前固定好導(dǎo)向儀定位探棒，保證定位探棒與鉆頭水平并處于鉆頭的圓心上。后續(xù)管之間采用絲扣進(jìn)行連接，導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)的主要組成部分

按照隔孔插打順序進(jìn)行管棚施工，隔一鉆一個(gè)，加大孔與孔之間的距離，待注漿完成凝固后再鉆進(jìn)相連孔位。鉆孔時(shí)先用泥漿泵將沖洗液注滿棚管，使沖洗液通過(guò)小孔高壓噴射出去，對(duì)土體進(jìn)行切割破除，鉆頭楔形板旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)過(guò)程中，同時(shí)對(duì)土體進(jìn)行修復(fù)性切割，使土體形成略大于管徑的孔，泥漿從管壁與土體之間的間隙中外流，如此循環(huán)，管棚管不斷前進(jìn)。每跟進(jìn)一節(jié)管棚，必須使用導(dǎo)向儀器進(jìn)行施工角度檢查，按照相關(guān)規(guī)范，鉆頭傾角偏差控制在±0.3%以內(nèi)。

管棚打設(shè)完畢后，從孔口開(kāi)始注漿。注漿由兩端開(kāi)始施工，向隧道拱頂方向推進(jìn)，開(kāi)始時(shí)的注漿漿液濃度要低一點(diǎn)，逐漸加濃至設(shè)計(jì)濃度。管棚內(nèi)空氣通過(guò)設(shè)置在孔口密封裝置上的排氣閘閥排出。當(dāng)排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔，繼續(xù)灌注漿液，使?jié){液充滿鋼管及周圍空隙。注漿漿液采用水泥漿，注漿參數(shù)：管道空間的水泥漿水灰比為0.5∶1，管道填充完全之后，水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～0.8MPa。

2 地鐵開(kāi)挖管棚支護(hù)數(shù)值模擬驗(yàn)證

針對(duì)超長(zhǎng)管棚超前支護(hù)下的黃土地區(qū)地鐵車站單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工過(guò)程，采用Midas GTS NX軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析超長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)對(duì)黃土地區(qū)地鐵車站開(kāi)挖引起的地表沉降規(guī)律及超長(zhǎng)大管棚支護(hù)作用機(jī)理。

2.1 計(jì)算模型

計(jì)算模型長(zhǎng)100 m、寬100 m、高70 m，如圖7所示，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，共設(shè)置3層土體，從上到下垂直厚度分別為3、12、55 m。

每個(gè)隧道開(kāi)挖斷面布設(shè)14根長(zhǎng)為3.5 m的錨桿，模型類型為1D植入式桁架。初支噴射混凝土厚度為0.15 m，采用2D板單元結(jié)構(gòu)。二襯厚度為0.4 m，采用3D彈性實(shí)體結(jié)構(gòu)。在隧道初支頂部設(shè)置超長(zhǎng)大管棚加固區(qū)，加固區(qū)內(nèi)沿隧道縱向均勻布設(shè)37根管棚鋼管。加固區(qū)厚度按照式(1)最終確定為1.2 m。

(1)

式中：D為加固區(qū)厚度；R為注漿液的擴(kuò)散半徑；S為相鄰注漿孔間距。

各層土體均采用以摩爾庫(kù)倫屈服條件為破壞準(zhǔn)則的理想彈塑性模型。錨桿、初支噴射混凝土、管棚鋼管、襯砌設(shè)為彈性本構(gòu)模型。模型下表面為全約束邊界，頂面地表自由，前后左右4個(gè)側(cè)面均施加相應(yīng)面的法向約束。初始應(yīng)力場(chǎng)為土體自重荷載。有限元模型如圖6所示。施工模擬步驟為：施加管棚鋼管；注漿；左側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖50 m，上導(dǎo)坑超前5 m；開(kāi)挖右側(cè)導(dǎo)坑；施作襯砌，直到隧道開(kāi)挖完成。網(wǎng)格劃分完成的模型進(jìn)行隧道施工開(kāi)挖模擬。

2.2 計(jì)算參數(shù)選取

根據(jù)本文研究的隧道實(shí)際情況，采用表1所示的數(shù)值模擬模型材料計(jì)算參數(shù)。

表1 模型材料參數(shù)

圖7 不同工況下超長(zhǎng)大管棚鋼管的彎矩分布規(guī)律

圖6 計(jì)算模型有限元網(wǎng)格

3 計(jì)算結(jié)果分析

為確定本文中超長(zhǎng)大管棚隧道超前加固技術(shù)的可靠性和管棚支護(hù)作用規(guī)律，依據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，對(duì)管棚鋼管在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的受力狀態(tài)及其對(duì)地表沉降的控制作用進(jìn)行分析，并對(duì)隧道超長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)引起的地表沉降數(shù)值模擬結(jié)果和理論計(jì)算所得的地表沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析。

3.1 隧道開(kāi)挖過(guò)程中管棚的受力和變形

通過(guò)對(duì)管棚加固隧道的單側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖數(shù)值的模擬計(jì)算，得到超長(zhǎng)大管棚鋼管在隧道不同開(kāi)挖階段的力學(xué)狀態(tài)。圖7是管棚鋼管在隧道開(kāi)挖過(guò)程中彎矩M的特征變化。

在單側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道開(kāi)挖過(guò)程中，從管棚鋼管受力的橫向分布分析發(fā)現(xiàn)，隧道橫斷面正在開(kāi)挖的一側(cè)拱肩位置，管棚鋼管的彎矩最大，而橫斷面其他位置管棚鋼管所受彎矩相對(duì)較小，拱肩位置管棚剛度成為超長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)在整個(gè)隧道單側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)揮良好支護(hù)作用的關(guān)鍵。

從管棚鋼管受力的縱向分布分析發(fā)現(xiàn)，管棚鋼管的最大彎矩主要出現(xiàn)在鄰近開(kāi)挖面的位置。這表明，在隧道的開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖面位置由于卸載導(dǎo)致管棚鋼管承載更多的壓力。隧道開(kāi)挖面前方土體產(chǎn)生松動(dòng)，而管棚能夠?qū)λ蓜?dòng)的土體產(chǎn)生支撐穩(wěn)定作用，開(kāi)挖面前方管棚受到的垂直荷載作用隨之增加，管棚可以將隧道頂部土體的壓力轉(zhuǎn)向開(kāi)挖面周圍。當(dāng)開(kāi)挖面推進(jìn)了一定的距離之后，遠(yuǎn)離開(kāi)挖面的位置管棚鋼管承受的彎矩較小，可以認(rèn)為處于安全狀態(tài)。

隧道開(kāi)挖施工中，各個(gè)工序均會(huì)對(duì)管棚的受力狀態(tài)產(chǎn)生一定影響，并且管棚鋼管存在于注漿體內(nèi)，與一般的簡(jiǎn)支梁受力有很大的區(qū)別。在開(kāi)挖的整個(gè)過(guò)程中，除了開(kāi)挖面位置管棚鋼管的彎矩存在較明顯的變化外，其他位置均變化不大，這表明了管棚支護(hù)已經(jīng)在穩(wěn)定隧道圍巖方面發(fā)揮了作用。

為了分析在隧道開(kāi)挖過(guò)程中超長(zhǎng)大管棚在發(fā)揮支護(hù)作用時(shí)的變形規(guī)律，選取管棚加固區(qū)的3個(gè)典型開(kāi)挖階段為分析對(duì)象：左側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖進(jìn)尺50 m、左側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖進(jìn)尺100 m、隧道開(kāi)挖完成，如圖8所示。

從圖8可以發(fā)現(xiàn)，采用導(dǎo)坑法開(kāi)挖時(shí)，開(kāi)挖對(duì)鄰近的土體造成擾動(dòng)，土體由于卸荷作用產(chǎn)生應(yīng)力釋放，開(kāi)挖位置處對(duì)應(yīng)的管棚由于受到土體釋放的荷載作用，會(huì)產(chǎn)生局部變形，但是這種影響作用僅限于隧道已開(kāi)挖位置對(duì)應(yīng)的管棚。當(dāng)隧道的橫斷面土體全部挖除后，管棚最大變形位置由拱肩位置轉(zhuǎn)移到拱頂正中央。當(dāng)隧道開(kāi)挖完成后，管棚豎向變形由拱頂頂部向兩側(cè)逐漸減小，最大豎向變形量位于拱頂頂部，為-6.518 mm，最小沉降量位于管棚兩端，為-1.358 mm。從最大值過(guò)渡到最小值，沉降量的變化較均勻，沒(méi)有突變部位，反映出圍巖沒(méi)有過(guò)大的變形部位，說(shuō)明超長(zhǎng)大管棚的支護(hù)效果較好。

圖8 隧道開(kāi)挖過(guò)程管棚z方向變形

3.2 管棚施工導(dǎo)致的地表沉降分析

土體由于管棚自身施工產(chǎn)生的土體擾動(dòng)和損失也會(huì)引起地表的沉降變形。圖9為隧道由于超長(zhǎng)大管棚施工引起的地表沉降云圖，從圖中可以看到，地表沉降最大值近似為0.004 mm，占整個(gè)隧道施工過(guò)程產(chǎn)生的沉降量比重約為0.14%，可以忽略由于超長(zhǎng)大管棚的施工對(duì)地表沉降的影響，表明超長(zhǎng)大管棚不僅在隧道的開(kāi)挖過(guò)程中能夠較好地控制地表的沉降變形，而且在自身施做的過(guò)程中產(chǎn)生的不利影響較小，帶來(lái)的地表沉降也可忽略。

圖9 施作管棚引起的地表沉降云圖

為了核實(shí)數(shù)值模擬中超長(zhǎng)大管棚自身施做引起的地表沉降量，本文采用理論計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。目前，隧道超前管棚施工土體損失引起的地表沉降計(jì)算主要是采用Peck公式[8]，粗略地估計(jì)沉降的橫向分布。

式中：Sx為地面沉降值；Smax為地面最大沉降量；x為各點(diǎn)距離鋼管軸線的水平距離；i為沉降槽寬度系數(shù)，按照文獻(xiàn)[14]給出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算；V為單位長(zhǎng)度鋼管施工的土體開(kāi)挖量。

關(guān)于管棚施工引起的地表沉降計(jì)算一般沒(méi)有考慮各鋼管之間的相互影響，認(rèn)為沉降量是軸對(duì)稱分布的。但是很多研究表明，管棚的鋼管之間在施工時(shí)是相互影響的，所以本文考慮到這一問(wèn)題，采用文獻(xiàn)[13]中基于Peck公式的改進(jìn)頂管施工地表沉降計(jì)算方法，考慮管棚鋼管施工時(shí)的相互影響，對(duì)本工程的管棚施工引起的地表沉降加以理論計(jì)算，如圖10所示。

圖10 考慮管棚鋼管相互影響的沉降曲線

按照上述改進(jìn)的地表沉降算法，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算得到計(jì)算模型中垂直隧道軸向的某斷面地表的由管棚施工引起的沉降值。將理論計(jì)算、數(shù)值模擬2種方法得到的地表沉降繪制在圖11中進(jìn)行對(duì)比。

圖11 管棚施工后地表橫斷面沉降曲線

通過(guò)圖11的沉降曲線可以看到，2種方法得到的施做超長(zhǎng)大管棚引起的地表沉降整體分布規(guī)律相似，但沉降量的大小有所不同，其中數(shù)值模擬得到的各點(diǎn)的沉降數(shù)值相對(duì)較大。究其原因，可認(rèn)為隧道理論計(jì)算是采用了簡(jiǎn)化的模型，在分析的過(guò)程中忽視了一些實(shí)際中存在的影響較大的因素，如隧道施工是否嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行、理論計(jì)算中采用了經(jīng)驗(yàn)公式等。但是2條沉降曲線的形態(tài)基本相同，在同一點(diǎn)處的地表沉降也相差不大，所以，2種研究方法的可靠性得到了相互印證。

3.4 沉降和隧道結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)分析

圖12 地表沉降云圖

數(shù)值模擬得到的隧道開(kāi)挖完成后的豎向位移云圖如圖12所示。圖12(a)、(b)分別為未用管棚加固和用管棚加固的工況。從整體上看，2種工況下隧道開(kāi)挖施工引起的最大地表沉降均位于隧道軸線正上方地表。未用管棚加固的工況下，隧道開(kāi)挖完成后的地表最大沉降為-15.10 mm左右。在用管棚加固工況下，隧道開(kāi)挖完成后的地表最大沉降為-4.30 mm左右，最大沉降量較未加固工況減小了大約71.52%?？梢园l(fā)現(xiàn)，超長(zhǎng)大管棚在控制隧道開(kāi)挖引起的地表沉降方面具有較好的效果。隧道開(kāi)挖完成后的地表沉降基本沿隧道中線對(duì)稱。隨著與隧道軸線的水平距離不斷增大，地表沉降量也逐漸減小。

為使數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性得以驗(yàn)證，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的地表沉降曲線和通過(guò)數(shù)值模擬得到的地表沉降曲線進(jìn)行對(duì)比。選取監(jiān)測(cè)斷面(3-y)為分析斷面，提取數(shù)值模擬模型中(3-y)斷面的地表沉降數(shù)據(jù)，將穩(wěn)定時(shí)的地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬計(jì)算得到的地表沉降數(shù)據(jù)整理在圖13的同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)。

圖13 典型斷面地表沉降監(jiān)測(cè)值和數(shù)值模擬值對(duì)比曲線

分析沉降對(duì)比圖可知，地表沉降的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)曲線基本吻合，兩者相差不大。2條曲線均具有明顯的沉降槽，整體上符合Peck沉降理論，最大沉降量位于隧道縱軸線的正上方地表，隨著與隧道軸線水平距離的不斷增加，地表沉降量逐漸減小。通過(guò)超長(zhǎng)大管棚的超前加固，隧道開(kāi)挖后地表沉降被控制在3 mm以下，表現(xiàn)出管棚對(duì)圍巖支護(hù)作用。

實(shí)際的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)于數(shù)值模擬的值偏大，這是由于本文的隧道開(kāi)挖數(shù)值模擬是一種理想的隧道開(kāi)挖情況，忽視了現(xiàn)實(shí)中很多的影響因素，實(shí)際中隧道由于受到這些因素的影響，沉降值要偏大一些。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)隧道超長(zhǎng)大管棚超前支護(hù)對(duì)城市地鐵隧道的加固效果較好，能夠有效地控制隧道施工引起的地表沉降等。隧道開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面前方未開(kāi)挖監(jiān)測(cè)斷面的土體產(chǎn)生一定的沉降變形，當(dāng)開(kāi)挖超過(guò)該斷面一定距離后，沉降量增至最大值，并逐步達(dá)到穩(wěn)定。

(2)在隧道開(kāi)挖的整個(gè)過(guò)程中，已開(kāi)挖位置對(duì)應(yīng)的管棚的變形最大，開(kāi)挖面附近管棚鋼管的彎矩最大，表明了超長(zhǎng)大管棚在保證隧道開(kāi)挖穩(wěn)定性方面起到了重要的作用。當(dāng)隧道開(kāi)挖完成后，隧道拱頂位置管棚沉降變形量最大，所以為了保證隧道的耐久性，需要嚴(yán)格控制拱頂位置的管棚質(zhì)量。

(3)隧道開(kāi)挖前，超長(zhǎng)大管棚施工產(chǎn)生的土體損失也會(huì)引起隧道的地表沉降。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，該部分沉降量較小，約占整個(gè)施工過(guò)程產(chǎn)生的地表沉降量的0.14%，可認(rèn)為隧道超長(zhǎng)大管棚施工不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)大地表沉降。

(4)通過(guò)地表沉降的數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者相差不大，沉降曲線整體符合Peck沉降理論，超長(zhǎng)大管棚在隧道的開(kāi)挖過(guò)程中充分發(fā)揮了預(yù)支護(hù)作用。數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的研究方法可以更準(zhǔn)確地研究隧道超長(zhǎng)大管棚支護(hù)的位移和變形規(guī)律。