Ground Settlement Prediction Method for Shield Tunneling Considering Rigid Pavement Thickness

LIAO Mengguang; LI Xianqi; DAI Huayang; WEI Shaojun; LI Yanfa

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240412001

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Ground Settlement Prediction Method for Shield Tunneling Considering Rigid Pavement Thickness

更新时间：2025-08-27

- Ground Settlement Prediction Method for Shield Tunneling Considering Rigid Pavement Thickness
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 4, Pages: 784-795(2025)
- 作者机构：
  
  1.湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院，湖南湘潭 411201
  2.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083
  3.青岛市地铁规划设计院有限公司，山东青岛 266000
  4.神木市润邦矿业有限公司，陕西榆林 719000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240412001
  CLC： P208
- Received：12 April 2024，
  
  Revised：2024-08-23，
  
  Published：28 August 2025
- 稿件说明：
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廖孟光,李贤琪,戴华阳等.顾及硬化路面厚度的盾构施工地面沉降预测方法[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):784-795.

LIAO Mengguang,LI Xianqi,DAI Huayang,et al.Ground Settlement Prediction Method for Shield Tunneling Considering Rigid Pavement Thickness[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):784-795.
廖孟光,李贤琪,戴华阳等.顾及硬化路面厚度的盾构施工地面沉降预测方法[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):784-795. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240412001.

LIAO Mengguang,LI Xianqi,DAI Huayang,et al.Ground Settlement Prediction Method for Shield Tunneling Considering Rigid Pavement Thickness[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):784-795. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240412001.

摘要

城市地铁盾构施工易造成地面沉降，针对硬化路面层与土体层力学性质的差异性，提出一种顾及路面厚度的peck公式修正方法。首先，对经典peck公式的隧道埋深进行修正，提出等价埋深的函数关系；其次，采用ANSYS数值模拟分析不同路面层厚度对地铁盾构施工地面沉降规律，结果表明：（1）路面层对地表沉降影响明显，最大沉降量由无路面层的-29.38 mm减小至路面厚度0.5 m的-23.27 mm；（2）相同土体层厚度和相同隧道埋深条件下，沉降槽宽度系数及最大沉降量均随路面层厚度增加呈线性正相关，相关系数达0.972以上；（3）模拟结果对peck公式修正，确定等价埋深中路面层、土体层厚度等价参数分别为2.55、1.00。最后，应用于苏州地铁S1号线和北京地铁7号线，结果发现：两地区预测结果评价指标均减小，苏州地区平均绝对百分误差MAPE降低5%和19%，北京两区间均方根误差RMSE分别降低0.97及0.53以上。两个不同地质环境及设计准则下的不同路面厚度应用证明顾及路面层厚度沉降预测方法的多地区适用性。

Abstract

Shield tunneling in urban metro systems often causes ground settlement. To address the differences in the mechanical properties between the rigid pavement layer and the soil layer

a modified Peck formula that considers pavement thickness was proposed. First

the tunnel depth in the classical Peck formula was modified

and a functional relationship for the equivalent burial depth was proposed. Then

ANSYS numerical simulation was employed to analyze the influence of different pavement layer thicknesses on the ground settlement during shield tunneling. The results showed that: (1) the pavement layer had a significant impact on surface settlement

with the maximum settlement decreasing from -29.38 mm without a pavement layer to -23.27 mm when the pavement thickness was 0.5 m. (2) Under identical soil layer thickness and tunnel depth

both the settlement trough width coefficient and the maximum settlement exhibited a linear positive correlation with pavement thickness

with correlation coefficients exceeding 0.972. (3) Based on the simulation results

the Peck formula was modified

and the equivalent parameters for pavement layer and soil layer thicknesses were 2.55 and 1.00

respectively. Finally

the method was applied to Suzhou Metro Line S1 and Beijing Metro Line 7. The results showed that the evaluation indicators of the prediction results in both regions decreased. The Mean Absolute Percentage Error (MAPE) in Suzhou was reduced by 5% and 19%

while the Root Mean Square Error (RMSE) in the two sections of Beijing was reduced by over 0.97 and 0.53

respectively. The application with different pavement thicknesses under two different geological conditions and design standards confirms the multi-regional adaptability of the settlement prediction method considering pavement layer thickness.

关键词

Keywords

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