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1、有关于地层损失率的进一步研究在目前上海地铁采用盾构法在软土层中建造隧道会引起地层变形、移动，而导致不同程度的地面和隧道的沉降、隆起。即使采用当前先进的盾构技术，也难完全防止这些变形。地面和隧道沉降达到一定程度时，就会影响附近建筑、地下设施和隧道本身的正常使用。在需要控制地层变形地区，进行盾构隧道设计施工，必须了解地层变形的规律，尽可能的准确地预测沉降量、沉降范围、沉降曲线最大坡度及最小曲率半径和对附近建筑设施的影响程度，并分析影响沉降的各种因素，以求在设计和施工中采取措施，减少地层变形。一 地面沉降机理和预测盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围土体受扰动，或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉
2、降的基本原因。目前仅讨论由于盾构施工引起的地层损失导致地面沉降这一原因。1.地层损失地层损失是盾构施工中挖土体体积和建成隧道体积之差。建成隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积，地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比表示。圆形盾构理论出土体积为盾构截面面积。周围土体再弥补地层损失中，发生地层变形，引起地面沉降。引起地层损失的因素是： 开挖面土体移动。盾构掘进时，开挖面土体受到水平支护应力小于原侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失，而导致盾构上方地面沉降；若盾构推进时，作用再正面土体的推应力大于原侧向应力，则正面土体向上、向前移动，引起地层负损失，而导致盾构前上方土体隆起。 盾构后退
3、。在盾构暂停推进时，盾构推进千斤顶漏油而引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。 土体挤入盾尾空隙。压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不适当，使盾尾后周边土体失去平衡状态，向盾尾空隙中移动，引起地层损失。 改变推经方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或磕头推进过程中，实际开挖面不使圆形而是椭圆，引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大，则对土体扰动和超挖程度就越大，其引起的地层损失也越大。 随盾构推进而移动的盾构正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙，而又无法及时压浆填充，引起地层损失。 推进的盾构外周粘附一层粘土时，盾尾后隧道外周环形成空隙会有较大量的增加，如不相应增加压浆量，地层损
4、失必然大量增加。 盾构移动对土层的摩擦和剪切。 在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起地层损失。饱和松软地层衬砌渗漏亦会引起地层沉降。 施工引起的地层损失可分为三类：第一类：正常的地层损失。盾构施工操作精心，没有失误，但由于地质和盾构施工方法的特定条件，在施工中总要引起不可避免的地层损失。一般说这种地层损失可以控制到一定限度，可通过变形弥补地层损失，因此施工沉降槽体积与地层损失相等。在均匀地质中，这种地层损失引起的地面沉降比较均匀。第二类：不正常的地层损失。因盾构施工操作失误而引起的地层损失，如隧道气压骤降，压浆不及时，开挖面超挖，盾构后退等。这种地层损失引起的地面沉降有局部变化的特征，如
5、局部变化的幅度不大，一般还可以认为使正常的。第三类：灾害性的地层损失。盾构开挖面发生土体急剧流动或突发性的崩塌，引起灾害性的地面沉降。经常使敞开式盾构遇到水压大、透水性高的颗粒状土的透镜体或遇到地层中的贮水洞穴。在粘性土中局部土体强度降低过多而引起灾害性地面沉降的情况则很少见。2.地面沉降的预测盾构法施工日益广泛地被采用，盾盾构法施工引起地面沉降的研究也日益深入。派克1969年提出了地层损失的概念和估计盾构法施工引起地面沉降的实用方法，此后人们做了大量的工作，使之不断地完善，成为一种最常用的估算盾构法正常施工引起地面沉降的方法。而目前远程监控管理平台上所计算的地层损失率就是通过派克公式进行计算
6、的。下面就将详细的介绍该方法。派克假定施工引起的地面沉降是在不排水情况下的，所有沉降槽的体积应该等于地层损失的体积，假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地面沉降的横向分布为正态分布曲线。地面沉降的横向分布估算公式为： 沉降槽宽度系数i的计算方法有很多种，下面只介绍Attewell公式中i的计算方法：其中，r为隧道半径、Z为隧道的中心埋深。而地层损失率的计算方法为：其中，V为盾构的截面面积。三 目前远程监控管理平台上的计算方法目前远程监控分中心管理平台上所计算的地层损失率，大都是通过Peck公式来进行计算的，而且采用了一种更为简单的估算方法。下面就介绍这种估算方法：目前的计算中，以7天为计算标准，
7、认为7天后该点的沉降量为最大沉降量、且沉降量已稳定。（理论上要求是15天）Peck公式原本是估算地表沉降量的。我们目前是将其反算。根据地表沉降来计算地层损失率的。根据5-25图的几何关系得到2.5iZ带入到5-26的公式当中就可以将地层损失量计算出来。然后根据地层损失率的计算公式就可以将其计算出来。而实际当中，是需要先计算出沉槽宽度系数，然后再计算地层损失量的。进而求出地层损失率。经比较，两种计算方法的精度在1。而前者更加适用与工程中判断工程风险、更加容易理解！盾构掘进引起的地层损失率应小于1，如果大于1，区间隧道的后期沉降量大，相应可能引起运营隧道的曲率半径过小，影响隧道的正常使用和安全；对
8、应于盾构掘进引起的地层损失率1，相应管片脱出盾尾15天以后不同盾构覆土厚度处的地面沉降槽最大沉降量及盾构前方的最大隆起量不得大于下表中的规定数值。（也可作为远程监控分中心人员判读区间隧道数据的一个依据）四 通过软件实现地层损失率的进一步改进 鉴于将地层损失率在软件上尽可能的完善话，对以后软件上所实现出来的地层损失率能够尽可能准确的反映并判断工程风险，经过多方沟通，现将软件上实现地层损失率的具体改进做详细说明如下：在上次提交的报告中，关于地层损失率的计算只是通过估算公式来计算，根据刘老师的相关意见认为在计算地层率时，应严格按照理论公式来计算。因为在上次所提交的估算公式中，给了相当多的假设条件，而
9、这些条件与实际有很大出入。就沉槽宽度系数来讲，按照估算公式中给出的假定计算出的沉槽宽度系数比严格按照相关公式计算出的沉槽宽度系数大，而且根据以上图表不难看出，随盾构顶部覆土厚度的增加而增加。这样就使得根据估算公式计算出的地层损失量偏大，工程偏于安全，但是随盾构覆土厚度的不断增加，误差将越来越大。这样虽工程偏于安全，一定程度上也造成了资源的浪费。对工程来讲，不外乎也是一种损失。所以在软件上实现地层损失率的计算时，应按照一下步骤进行：计算前的默认：盾构的直径6.34米。1.在打开地层损失率计算页面时，应该给出客户四个框用来输入所要计算的测点号；切口到达该测点的时间；盾构中心埋深。该测点的7天的沉降
10、值。2.计算沉槽宽度系数ii的计算公式按照Ateewell公式进行：其中，r为隧道半径、Z为隧道的中心埋深。3.根据沉槽宽度系数i和测点的沉降量来计算地层损失量其中，为测点的沉降量。4.根据地层损失率的计算公式计算出地层损失率其中，V为盾构的截面面积31.55m。同时地层损失率以百分号表示。另外就是希望软件上能够提供另外一种功能（快速判断区间纵向地表的最大隆起量和最大沉降量）：就是根据目前1的地层损失率判断标准，只要有中心埋深，就可以计算出相对应的最大沉降量和最大隆起量，也就是上面计算地层损失率公式的反算。首先也是计算出沉槽宽度系数，然后根据1的地层损失率计算出地层损失量。然后根据计算出最大沉降量。以4米覆土深度，地面最大隆起不超过10mm,最大地表沉降不超过30mm为标准计算出下列表格作为目前远程监控分中心判断区间隧道数据的一个判别依据：
