[发明专利]一种类矩形盾构隧道施工中地表沉降计算方法

说明书

本发明提出一种类矩形盾构隧道施工中地表沉降计算方法，基于随机介质理论，推导得到类矩形盾构施工引起的横向地表沉降计算公式，并引入开挖面收敛模式参数α，使得本发明公式适用于多种开挖面收敛模式的工况。提出修正的土体损失率纵向变化公式，用以计算沿掘进方向上任意断面的土体损失率，使得本发明公式沿纵向得以延拓，得到三维地表沉降计算公式。从而计算得到预测类矩形盾构隧道开挖引起的地表计算点的沉降值，实现对类矩形盾构隧道开挖引起的地表沉降进行预测，以防止施工时沉降过大引发安全事故。

技术领域

本发明涉及一种类矩形盾构隧道施工中地表沉降计算方法，属于地下工程技术领域。

背景技术

近年来，中国许多大城市纷纷修建地铁隧道。类矩形盾构结合了圆形盾构受力合理、便于机械化施工以及矩形盾构断面利用率高的优点，成为修建城市地铁、高效利用地下空间的新选择。但是相对于单圆盾构，类矩形盾构开挖断面较大，所以施工引起的地表沉降量更大，影响范围也更广。因此研究类矩形盾构施工引起的地表沉降预测方法，对于保护隧道周边环境和设施，具有重要的指导意义和应用价值。

然而，目前中国国内还没有关于类矩形盾构施工引起地表沉降理论计算方面的研究成果。因此，很有必要进行相关方法的研究。

目前关于盾构施工引起地表变形的研究方法主要有：经验法、理论解析解、数值模拟、实测数据分析法等。

而针对类矩形盾构隧道施工引起土体变形的研究则仅有以下两者：

数值模拟法中：汤继新等[1]，采用ABAQUS有限元软件模拟类矩形盾构施工过程，分析了类矩形盾构施工引起的地层变形。

实测数据分析法中：司金标等[2]对现场实测数据进行了研究，分析了类矩形盾构隧道施工引起土体沉降的基本规律。

综上所述，目前中国国内还没有关于类矩形盾构施工引起地表沉降理论计算方面的研究成果。

发明内容

本发明针对国内相关方面的理论研究空白，提出一种类矩形盾构隧道施工中地表沉降计算方法。

本发明基于随机介质理论，推导得到类矩形盾构施工引起的横向地表沉降计算公式，并引入开挖面收敛模式参数α，使得本发明公式适用于多种开挖面收敛模式的工况。

提出修正的土体损失率纵向变化公式，用以计算沿掘进方向上任意断面的土体损失率，使得本发明公式沿纵向得以延拓，得到三维地表沉降计算公式。

1.横向地表沉降计算公式

本文对类矩形盾构隧道开挖引起的地表沉降进行研究。

在研究地表沉降之前，作以下假设：

(1)盾构是在正常固结软土中沿直线掘进，盾构机不偏斜，且土体不排水、不固结、密度不发生变化；

(2)地表沉降仅受土体损失影响；

(3)类矩形盾构隧道的开挖面形状及其收敛后轮廓均为两个半圆和矩形的组合图形。

类矩形盾构施工引起的地表沉降计算模型见图1。图中：

x坐标为离隧道中轴线的横向水平距离，单位符号为m；

z坐标为地表以下的计算深度，单位符号为m；

w₁为隧道开挖面轴线埋深，单位符号为m；

w₂为隧道开挖面收敛后的轴线埋深，w₂＝w₁+αg/2，单位符号为m；

α为开挖面收敛模式参数，取值范围为[-1,1]。

g为等效土体损失参数，单位符号为m；