南京江北新区地铁盾构开挖引发地面沉降三维数值模拟预测

摘要

为研究地铁盾构施工引起的地面沉降问题，首先以Biot固结理论为基础，将土体本构关系拓展为黏弹塑性，考虑土体渗透性的动态变化，建立了地铁盾构引发地面沉降的三维全耦合数值模型；然后以南京地铁11号线江北新区马骡圩站至石塘公园站盾构施工区间为例，模拟预测了该盾构区间的沉降量，并完成了模型的校准；最后利用该模型模拟预测了地铁盾构开挖所引起的地面沉降规律，并模拟了盾构拱顶上方土体和盾构底部下方土体的参数变化。结果表明：实测地面沉降量与计算值吻合较好，模型可靠；以模型第二区间段为例，东线轴线处沉降量在52.41～54.52 mm范围内，西线沉降量在53.28～55.60 mm范围内；东线盾构隧道沉降以隧道轴线为中心对称分布，西线隧道开挖后，最终引起累积地面沉降量在轴线之间较大；随着开挖的进行，上方土体孔隙度、渗透系数及泊松比变小，变形模量增大，下方土体变化则相反。

关键词

地面沉降 / Biot固结理论 / 盾构施工 / 三维全耦合 / 地铁 / 隧道

基金资助

江苏省地质科技创新项目(2022KY01); 江苏省地质工程环境智能监控工程研究中心开放基金(2021-ZNJKJJ-13); 国家自然科学基金项目(41874014)