大断面浅埋隧道地表沉降Peck修正公式及其应用

针对经典Peck公式未考虑隧道断面形状、埋深对大断面浅埋隧道地表沉降影响的不足,考虑断面形状与隧道埋深修正系数改进Peck公式。利用白塔山隧道地表沉降实测数据对修正公式进行验证,两个监测断面预测值与实测值平均相对误差8.3%,最大相对误差18.4%。进而采用修正Peck公式对不同断面形状、不同埋深隧道开挖引起的地表沉降进行预测。结果表明:地表最大沉降与断面形状修正系数成正相关,地表最大沉降依次为矩形-1(Ⅰ)>马蹄形-1(Ⅱ)>圆形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>马蹄形-2(Ⅳ);随着大断面浅埋隧道埋深增加,地表最大沉降减小而地表沉降槽宽度相应增大。地表沉降曲线形态由窄而深过渡到宽而浅,地表核心沉降区面积也逐渐减小。研究成果可为类似工程提供理论支持和技术参考。

基于小半径曲线隧道盾构施工的Peck公式修正及其工程应用

[目的]在城市轨道交通线路规划中,因受建筑物地基、地下管道和软弱土层等因素影响,通常会选用曲线隧道乃至小半径曲线隧道。与直线隧道相比,小半径曲线隧道盾构施工加大了地面沉降失控风险。因此,需对小半径曲线隧道盾构施工中地面沉降控制进行研究。[方法]通过计算曲线隧道盾构施工过程中的超挖间隙,推导出曲线段内每一环的超挖量;又通过引入地层损失率得出隧道半径与地层损失率的关系;根据现有Peck公式的适用性统计分析结果,结合基础地层损失率、总地层损失率、超挖导致额外地层损失率,以及沉降体积切片计算得出了适用于小半径曲线隧道盾构施工的修正Peck公式。以太原某地铁线路的工程实例为研究背景,将修正Peck公式计算结果与现场监测数据进行对比,验证了修正Peck公式的适用性。[结果及结论]工程实例验证结果表明,修正Peck公式对小半径曲线隧道盾构施工具有较好的适用性。

基于Peck线性修正公式的地面沉降数值模拟预测

为更好地预测工程扰动诱发地面沉降的趋势,以某地铁盾构施工项目为例,通过对原始的Peck公式变形得到其线性修正公式,利用实测沉降数据和数值模拟沉降数据反推公式中的未知参数,得到更为精准的适用于项目所在地的Peck沉降预测公式及其沉降曲线。结果表明,在工程扰动下,经过推导及拟合后的Peck公式具有很强的适用性,地面沉降实测值的拟合函数和数值模拟计算值的拟合函数的相关性系数都很高,同时其沉降预测曲线也与实际情况相贴合,证明预测模型可靠。提出的方法有助于提高对工程扰动下地面沉降规律的把握程度,可为工程的潜在风险及施工提供有效预警和指导。

基于昆山软土地层隧道工程的Peck公式优化

地下工程施工引起地层变形是一个被持续关注的问题。Peck公式法在广泛被应用于工程中预测地表沉降,但由于地质条件、水位情况及施工方法的差异,原始Peck预测公式不能适用于所有工程,对于特殊地理环境下的地下工程施工,需对原始Peck公式进行优化。文中以苏州市轨道交通S1号线某盾构区间为例,取34组监测断面的地表沉降数据,利用线性回归方法,对苏州昆山市深厚软土地层盾构施工引起的地表沉降进行研究。提出了符合昆山软土地层特点的Peck修正公式,并取其他盾构区间实测数据进行验证,得到当α在0.38~1.0区间和β在0.611~0.815区间变化时,修正后的Peck公式预测地表沉降更为精确,为昆山地区地铁盾构施工提供参考。

基于Peck公式的隧道盾构施工引起的地表沉降预测研究

隧道盾构施工引起的地表沉降预测受到诸多因素的影响,在实际应用中有较大的误差。为更准确地预测隧道盾构施工引起的地表沉降,基于南京地区过江通道隧道工程开挖引起的地表沉降大量的实测数据,采用数学方法,引入地表最大沉降量修正系数α和沉降槽宽度修正系数β对Peck公式进行修正,使之适用于研究区段工况。实例应用结果表明:当α介于0.9~1.0、β介于0.9~1.1时,采用Peck修正公式可得到较好的地表沉降预测效果。

基于Peck公式的富水砂质地层盾构隧洞施工沉降分析

根据深埋富水砂质地层的长距离盾构隧洞实测资料,分析了Peck公式关键参数理论取值的适用性,并进行数值模型计算,对比分析了富水砂质地层隧洞的实测地表沉降量与理论计算沉降量。研究结果表明:对于埋深、开挖洞径比H/D>5的深埋富水砂质地层的盾构隧洞,在无法揭穿不透水层的情况下,地表沉降是在不排水条件下产生的,地层损失率建议取值范围为0.5%~1.0%;埋深较大、在地层内部形成的“承载拱”拱顶距离地表垂直距离较远,导致了实测地表沉降槽宽度远小于理论计算值;提出了赋予参数n的改进Lee公式,建立了隧洞拱顶沉降量与地表最大沉降量的关系式。

基于黄土隧道洞口浅埋段的Peck公式修正

黄土隧道洞口施工地表沉降开裂影响施工安全,以往采用Peck公式进行研究,存在预测精度等问题。为更准确地预测黄土隧道洞口浅埋段地表沉降,以临夏-大河家高速公路胡林家隧道为例,基于进口段实测数据,采用线性回归法对Peck公式进行优化。引入最大沉降量Smax修正系数α、降槽宽度i的修正系数β和隧道开挖进尺对最大沉降量影响的系数α1,确定修正系数得出Peck修正公式。基于洞口浅埋段开挖进尺与最大沉降间的影响关系,发现埋深对Smax修正系数与沉降槽宽度的作用规律,构建黄土隧道洞口浅埋段施工参数对地表沉降关系模型。实测数据样本点分布在修正后的Peck公式上下限之间,修正后的Peck公式误差减少,对临夏等地区黄土隧道洞口浅埋段的适用性较好。

Peck修正公式在郑许市域铁路地表沉降预测中的应用

为准确预测粉土、粉细砂地层盾构隧道开挖引起的地表沉降量,采用线性回归拟合方法,对郑州机场至许昌市域铁路(以下简称“郑许市域铁路”)盾构隧道施工引起的地表沉降监测数据进行分析,并引入地表最大沉降修正系数α、沉降槽宽度修正系数β,对传统Peck经验公式进行修正。结果表明:Peck拟合曲线和实测数据吻合度较高;当α在0.5~2.5区间、β在0.3~0.7区间变化时,修改后的Peck曲线与实测数据更为相近。研究成果可为以后类似地层隧道选线、盾构掘进、盾构异常分析及线路沉降预测等提供借鉴。

基于修正Peck公式的软土地层超大直径顶管施工地表沉降特性研究

依托深圳市超大直径钢顶管清污分流项目,研究了复杂软土地层地表沉降规律﹒首先,基于现场地表沉降50组实测数据对Peck公式进行修正,推导出拟合函数表达式,并给出了软土地层地表沉降Peck曲线上限和下限解;然后,采用有限元方法精细化模拟顶管施工动态过程,进行摩阻力、机头压力和土体弹性模量参数敏感性分析,总结出横、纵断面地表沉降失稳破坏区范围和影响参数临界值;最后,采用半解析半数值法,确立了修正Peck公式各参数间的函数关系﹒结果表明:修正后的Peck公式可准确预测复杂软土地层地表沉降,其地层损失率取值范围为0.130%~0.238%;地表沉降与摩阻力呈正相关,与弹性模量呈负相关;顶管摩阻力和机头压力临界值应分别控制在15 kN和0.2 MN;横向地表沉降扰动区范围为2D~2.5D,纵向隆起区分布范围为1.25D~2D;沉降槽宽度i与覆跨比(H/D)呈指数函数关系,S_(max)/g~H/D关系可用修正Clough公式进行描述.

基于福州粘性土地层隧道工程的Peck公式修正

Peck公式可用于盾构工程引起的地面沉降情况估计,但估计所得的沉降值结果通常因水文条件、地质情况、地表荷载等因素的不同而存在不同。为预测福州地铁4号线盾构机在粘性土地层中掘进时引起的地面下沉,总结30个典型断面的沉降实测数据,利用二次多项式回归方法,计算出合理的土体的损失率V1为1.3%,沉降槽的槽宽系数k为0.55,并引入地面下沉峰值修订系数α和沉降槽的槽宽修订系数β对所得的Peck公式进行了修订。修订后的Peck公式能较好地预测盾构机在福州粘性土地层中推进时产生的地面下沉。

基于东莞花岗岩残积土地层Peck公式计算结果应用研究

文中以东莞某盾构区间实测地表沉降数据为基础,运用线性回归方法对实测数据进行拟合,分析了上软下硬地层条件下的地面沉降规律,并结合有限元模拟,通过设置不同差异内摩擦角大小的上软下硬地层条件,对该类复合地层进行地表沉降变形机理分析。结果表明,在上软下硬花岗岩残积土地层中,Peck公式预测曲线与实测曲线差异较大,利用修正系数进行改进,取α=0.71~1.56、β=1.01~2.30,修正后的Peck公式曲线更加符合实际地表沉降曲线。

基于机器学习的盾构隧道地表沉降曲线智能预测方法

联合机器学习模型和启发式智能优化算法,提出盾构隧道开挖地表沉降曲线智能预测方法。首先,建立盾构隧道开挖数值分析模型,在考虑等代层弹性模量、土体弹性模量、隧道半径、土体摩擦角、黏聚力影响的基础上,构建了1680组不同工况影响的地表沉降曲线数据库;然后,分析地层和衬砌力学参数、隧道几何参数对地表沉降曲线的影响规律,采用Peck函数对获得的地表沉降槽曲线进行拟合,获得对应工况下地表最大沉降和沉降槽宽度系数;最后,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)分别优化4种机器学习方法即多层感知机(multi-layer perceptron,MLP)、极限学习机(extreme learning machine,ELM)、随机森林(random forest,RF)和支持向量回归(support vector regression,SVR)的超参数或随机数,建立了4种盾构隧道开挖有限元模拟代理模型,预测了盾构隧道地表沉降曲线,并对模型的预测结果、预测误差和评价指标进行了对比分析,结果表明PSO-SVR模型在训练和测试过程中性能最佳。建立的盾构隧道地表沉降智能预测方法具有较高的计算精度及计算效率,能合理高效地预测地表沉降曲线分布规律。

隧道施工引发粉土地面沉降模拟与分析

为研究黄泛区粉土地层内开挖双线地铁隧道对地上及其周边地面沉降的影响,以某双线地铁隧道开挖工程为例,考虑地下水、隧道间距对地面沉降的影响,采用流固耦合数值方法和理论分析方法对隧道施工引起的地面沉降规律进行分析。将数值模拟数据与Peck公式进行反演计算,并考虑隧道间隔和埋深的影响提出修正Peck公式,再结合叠加原理建立适用于双线隧道开挖引起地面沉降的修正叠加公式。结果表明:隧道开挖扰动地层将引起超静孔隙水压力现象;数值模拟与理论计算得到隧道间隔为4 m时,地面沉降曲线呈现“V”型,隧道间隔为8 m、12 m时,则沉降曲线呈现“U”形;粉土内开挖双线地铁隧道,地面容易受到扰动且沉降量大,随着隧道间距的增加,隧道上方土体沉降量逐渐减小;基于修正Peck公式计算结果与数值模拟结果基本一致,相对误差在3%左右,表明该公式具有很好的实用性。研究可为粉土地区隧道及地下工程建设提供理论依据和技术支撑。

浅埋矩形顶管施工对临近管线与地表的影响研究

矩形顶管施工引起的地表变形特征与圆形顶管或盾构隧道存在显著差异。为了明确浅埋矩形顶管施工过程中的地表沉降特征以及顶管施工对下方既有盾构隧道的影响,根据现场矩形顶管施工监测结果,分析矩形顶管施工过程中地表的变形规律,以及顶管下方既有盾构隧道的变形情况。传统的Peck公式适用于圆形顶管或圆形盾构隧道,因此采用改进的Peck公式来描述矩形顶管引起的地表变形特征;根据现场监测分析顶管施工引起的地表变形、管线变形和下卧隧道沉降规律。研究表明:改进的Peck公式相比于传统的Peck公式可以准确描述矩形顶管施工引起的地表变形规律;顶管施工引起地表和上方管线的沉降规律是一致的,但与下卧隧道的变形规律存在显著差别。

基于北京地层地铁隧道施工的Peck公式的改进

地铁隧道施工引发的地表沉降受多种因素的影响,致使一些常用的地表沉降评价预计方法具有局限性,在实际工程应用中出现较大误差。本文以北京地区地铁隧道开挖大量实测数据为基础,利用数学方法,引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数α,沉降槽宽度修正系数β,对Peck公式进行改进,使之适用于北京地区研究区段涉及的工况。研究表明,当α介于0.6~0.9之间、β介于0.5~0.9之间可以获得良好的预测曲线。

基于Peck公式的双线盾构引起的土体沉降预测

基于Peck公式,对双线水平平行盾构隧道施工中土体损失引起的三维土体沉降计算方法进行研究。考虑先行隧道施工对后行隧道的影响和两条隧道开挖面的不同位置,建立修正的三维Peck公式;通过分别计算先行盾构隧道和后行盾构隧道施工引起的土体沉降,叠加得到双线水平平行盾构施工引起的总的三维土体沉降。算例分析结果表明:预测值与实测值比较吻合;随着两条隧道开挖面前后距离的逼近,地面最大沉降量会逐渐增大;随着土体深度z的增大,沉降略增大、沉降槽宽度则略减小;当两条隧道轴线水平距离L较小时,地面沉降量较大,符合正态分布规律;随着L的增大,最大地面沉降量会逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型。

基于Peck公式修正的盾构施工地表沉降预测研究

城市轨道交通盾构法施工所引起的地表变形是施工中必须重视的问题。文章以广州地铁某在建盾构隧道工程为研究对象,分析了盾构施工时引起地表横向、纵向沉降规律。基于Peck公式提出了一种利用插值法、最小二乘法的预测模型,并将该模型应用到信息系统进行地表沉降预测。结果表明,提出的预测模型能够在监测数据非极值的情况下,对地表沉降进行较好地预测。该研究成果可为工程实践及理论研究提供参考。

基于Peck公式的藏区公路隧道施工地面沉降预测

在隧道施工中结合现场地表下沉量测实测数据,利用Peck公式进行地表沉降计算,反分析法确定沉降槽曲线最大沉降量和沉降槽宽度及关键参数,并对拟合参数进行了检验。比较修正了沉降槽宽度计算经验公式,给出青藏高原东南部地区Peck公式中沉降槽宽度系数的初步建议值,验证了适合我国藏区具体地质条件与施工手段的公路隧道地表沉降预测模型。研究表明:Peck公式适用于青藏高原地区公路山岭隧道施工地面沉降预测,隧道进口浅埋段施工引起的地表沉降曲线基本符合高斯分布规律,进口段埋深较浅地表沉降槽宽度越大,埋深越大沉降槽宽度越小。

修正的Peck公式在长沙地铁隧道施工地表沉降预测中的应用

在目前众多预测地铁隧道开挖引起地表位移的经验方法中,Peck提出的高斯方程是最简便,也是应用最为广泛的方法。由于这一公式的提出是基于有限地区的实测资料,在应用前应先进行基于当地实测资料的验证工作。根据长沙市地铁开挖的实际观测数据,采用回归分析法引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数和沉降槽宽度修正系数,对Peck公式进行了修正,得出了适用于长沙地区的Peck公式。工程实践表明,修正的Peck公式对长沙地区隧道施工地表沉降预测具有工程指导意义。

基于Peck公式的双线盾构隧道地表沉降规律

在Peck公式与双线叠加原理基础之上,提出了双线盾构隧道地表沉降形态变化系数C的概念,进而探究揭示出了双线盾构隧道地表沉降随系数C的变化规律:当系数C逐步增大时,双线盾构隧道地表沉降曲线的形状由V型变为W型,进而变为相互独立的两个V型。双线盾构隧道地表沉降曲线的形状由"单峰"变为"双峰"时,对应的临界点系数为C=2;而由"双峰"变成相互独立的两个"单峰"时,对应的临界点系数则为C=7。在综合考虑了不同影响因素的基础上,建立了有限元三维模型,以此模型为基准,通过有限元方法,将模拟值与长春地铁2号线部分实测数据进行了对比,验证了地表沉降变化规律的准确性,并探究得出了双线盾构隧道的地表沉降在相异因素下的变化规律。