基于分数阶本构模型的隧道工后固结沉降

鄢豪杰， 郑俊杰， 潘 雨， 陈鹏飞

(华中科技大学 土木与水利工程学院， 湖北 武汉 430074)

随着我国城市建设的发展，越来越多的城市开始了地铁的建设，为居民出行带来了极大的便利。然而由于地铁线路走向需要综合考虑政治、经济等多方面因素，因此往往不可避免的需要建在软黏土地层中，导致隧道在开挖完成后很长时间内仍然会发生较大的沉降，长期沉降甚至会占到总沉降量的30%～90%[1]，如不能对此部分沉降加以分析和控制，极有可能会引起隧道结构的变形甚至破坏，造成严重的经济损失，因此非常有必要对隧道开挖完成后的长期沉降进行深入研究。

Terzaghi[2]通过对芝加哥地铁的长期监测，提出土体孔隙水压力消散产生的固结导致了隧道的工后沉降。张冬梅[3]将隧道工后固结问题简化为有侧限的单向压缩问题，并利用三元件模型预测了上海地铁1号线的长期沉降，但部分测点存在较大的误差。魏纲[4]针对张冬梅[3]文中的不合理之处，假定盾构隧道开挖引起的初始超孔隙水压力分布为三角形分布、隧道衬砌为不排水边界，对隧道轴线上方土体的工后沉降进行了研究。杨泽飞等[5]运用分层总和法，采用魏新江等[6]提出的盾构施工引起的初始超孔隙水压力分布，计算了盾构扰动区的固结沉降，但同样没有考虑到隧道衬砌的渗透性。

可以看到，现有的研究大部分都假设隧道衬砌为不排水边界，并且没有考虑地下水位的影响，但Mair等[7]指出影响地表长期沉降的因素主要有四点，即隧道开挖引起的初始超孔隙水压力、土体的物理性质、隧道衬砌渗透性和地下水位的影响。……