结构下穿隧道地表沉降变形解析预测方法

摘要

考虑地表建(构)筑物结构荷载作用下隧道开挖引起的地表沉降，将结构荷载等效简化为均布荷载，分别针对半空间结构荷载作用下围岩的变形场与半空间无荷载下埋隧洞建立解析模型，根据两个模型的计算结果预测结构下穿隧道条件下的地表沉降变形。对于半空间结构荷载作用下围岩的变形场，通过对地表施加的均布荷载进行积分，得到半空间的应力分布解答式，进而计算得到半空间由建筑物荷载引起的位移场分布。对于半空间无荷载下埋隧洞，基于浅埋隧道问题的简化形式，采用Airy应力函数得到半无限空间中隧道开挖引起的位移场表达式。在两个解答的基础上，得到地表建筑物荷载影响下下穿隧道引起地表沉降变形的解析解。通过该解析预测结构荷载与隧道开挖共同作用下的地表沉降特征，并绘制沉降曲线分析地表沉降规律，将理论计算的沉降变形与实测沉降数据进行比较。结果显示，计算值与实测值相对误差为3.9%,证明计算模型能够较好描述建筑物荷载和隧道开挖的耦合效应，验证了计算模型的准确性与适用性。

关键词

地表沉降 / 结构荷载 / 下穿隧道 / Airy应力函数 / 沉降监测