浅层顶管施工引起的土体移动

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    4.1　项数收敛性检验
　　解析方向级数的项数取为p=q=3。用不同的单元数计算轴向位移，结果见下表。
    附表　不同的单元数计算的轴向位移结果表
    Table　Computation results of axial displacements
    varing with the number of elements
 
    单元数
     2
     4
     6
     8
     10
     12
    实测值
    u /mm
    11.67
    25.09
    33.16
    42.34
    47.19
    49.35
    45.0
 
　　从附表看出，单元数太少时计算误差很大。例如取4个单元计算的结果与取12个单元计算的结果相差49%。随着单元数的增加，计算结果趋于收敛。当单元数大于10时，收敛已很明显。
    4.2　土体位移
　　图3～图5分别为顶管轴线上方2 m，3 m和4 m处的土体轴向位移的计算值与实测值。计算结果表明，顶管顶进时开挖面前方和后方的土体均有轴向移动。开挖面前方约0.7 m范围内土体向前移动，而在约0.7～3.0 m的范围内土体的移动方向与顶进方向相反。土体向后的移动是由于开挖释放荷载的作用。在摩擦力作用下工具管后部及后续管节外围的土体轴向位移沿轴向变化较为缓慢。就同一轴向位置而言，从顶管轴线向上，土体轴向位移渐小。
    图3　离轴线2 m处土的轴向位移
    Fig.3　Axial displacement (2 meters from the axis)
    图4　离轴线3 m处土的轴向位移
    Fig.4　Axial displacements(3 meters from the axis)
    图5　离轴线4m处的轴向位移
    Fig.5　Axial displacements(4 meters from the axis)
　　图6所示是地面沉降，由于在垂直于轴线方向沉降槽有一定规律［2］，图中只给出同一截面处的最大沉降值。
    图6　横截面最大地面沉降
    Fig.6　Maximum settlements
    5、结论
　　(1) 用半解析单元法分析顶管施工中浅层地下土体的移动，由于在一些方向利用了解析函数，因而单元数大为减少，计算值随单元数的增加能很快收敛。
　　(2) 顶管施工时在开挖面的前方既有土体的向前移动，也有土体的向后移动。
　　(3) 顶管轴线上方土体的轴向位移量随离轴线的距离增大而减小。


参考文献：

    ［1］Attewell P B. An overview of site instigation and long-term tunneling-induced settlement in soil ［A］. Engineering Geology of Underground Movement, In: Proc. of the 23 rd Annul Conference of the Engineering Group of the Geotechnical Society ［C］. Nottingham, 1988. 55～61.
    ［2］方从启. 基于半解析元法研究顶管施工引起的地层运动：［博士学位论文］［D］. 上海：同济大学， 1998.
    ［3］方从启，王承德. 顶管施工中的地面沉降及其估算［J］. 江苏理工大学学报，1998，(4)：106～110.
    ［4］曹志远，张佑启. 半解析数值分析［M］. 北京：国防工业出版社，1992. 27～29.
 

    （方从启　孙钧）

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