[发明专利]一种基于位移监测结果的浅埋隧道土压力计算方法

说明书

本发明涉及一种基于位移监测结果的浅埋隧道土压力计算方法，该方法实施步骤包括两大步，首先通过隧道顶部位移判断土拱结构形状，然后按照土拱结构形状来选择不同的松动土压力计算公式计算松动土压力。本发明给出的浅埋隧道土压力计算方法可以更好的预测隧道土压力，对于工程施工和设计具有重要意义。

技术领域

本发明专利涉及公路或铁路隧道土压力计算方法，具体地涉及一种基于浅埋隧道位移监测的土压力计算方法。

背景技术

隧道变形监测是隧道施工中常见的一道施工工序，通过监测数据来复核设计松动土压力具有较大的实际工程价值。土拱效应是自然界中非常普遍的一种现象，在挡土墙、管道工程、浅埋隧道工程、桩基工程中对于土压力均有较大的影响。土力学奠基人Terzaghi对土拱效应的定义是土体应力从屈服区域转移到非屈服区域，即土体产生不均匀沉降必然会伴随着土拱效应的发生。在公路或铁路浅埋隧道施工中，由于在隧道顶部进行支护以及同步注浆等因素，隧道顶部位移收到约束，隧道上部土体不均匀沉降。因而，在浅埋隧道松动土压力计算中有必要考虑土拱效应的影响。

对于浅埋隧道松动土压力计算方法，已有文献进行报道：

文献[1]、科技期刊：岩土工程学报，名称：盾构隧道施工松动土压力计算方法研究，上述文献认为土拱结构为下凹曲线，给出了一种考虑土拱效应的浅埋隧道松动土压力计算方法。

文献[2]、科技期刊：岩土工程学报，名称：对“盾构隧道施工松动土压力计算方法研究”的讨论，该文献将文献[1]的方法推广到了黏性土领域。

根据Terzaghi的活动门试验可知，土拱结构的发展如附图1所示：随着土体位移的逐渐增大，土拱结构大致经历了4种形状；1)当活动门开始移动时，土体中会形成类似与拱桥一样的上凹拱结构；2)当活动门向下移动时，上凹拱结构会演化为三角拱结构；3)随着活动门的继续下移，土体逐渐形成下凹曲线(即下凹拱结构)；4)随着活动门的继续下移，土体会形成矩形拱结构。对于浅埋隧道而言，由于土体位移较大，土拱结构往往以下凹拱或者矩形拱为主。因此，文献[1]和文献[2]均未考虑土拱结构对于土体松动土压力的影响，并且上述文献均是针对单层均质土为研究对象，实际工程中往往以成层土为主，因而上述两个方法还不能直接用于工程实际。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以考虑土拱结构影响的浅埋隧道松动土压力计算方法。

本发明的技术方案是：

一种基于位移监测结果的浅埋隧道土压力计算方法，其特征在于：计算步骤包括：

(1)根据地层沉降监测结果判断土拱结构形状：

a.隧道施工监测获得隧道中部位移δ和两边部沉降较大值δ₁；

b.计算隧道边部位移下凹拱理论值δ′₁，计算公式如下：

其中，b₁等于表示隧道开挖高度内的土体加权平均内摩擦角，b为矩形隧道宽度，h为矩形隧道高度；

c.判断：当δ₁＞δ′₁时，为矩形拱；当δ₁≤δ′₁时，为下凹拱；

(2)根据土拱结构形状计算松动土压力；

a.当土拱结构为矩形拱时，采用下式求解松动土压力：