[发明专利]基于泥水盾构施工主控参数的地面沉降预测方法

说明书

本发明涉及一种基于泥水盾构施工主控参数的地面沉降预测方法，包括如下步骤：设定盾构施工预测期间；将所述盾构施工预测期间划分为切口压力影响阶段、盾构通过阶段以及盾尾沉降阶段；建立预测模型并得到对应所述三个阶段的地面沉降量预测曲线表达式；以及根据设计图纸、勘察报告和盾构施工参数获得初始变量，结合地面沉降监测数据得到修正的变量值，进而再根据所述地面沉降量预测曲线表达式得到当前掘进环对应所述盾构施工预测期间的地面沉降量预测曲线。本发明利用盾构施工参数预测地面沉降量曲线，简单易用、可程序化，便于工程施工人员据此调整盾构施工主控参数，及时、有效的控制地面沉降。

技术领域

本发明涉及盾构施工领域，特指一种基于泥水盾构施工主控参数的地面沉降预测方法。

背景技术

盾构掘进造成的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是盾构法隧道施工引起地面沉降的主要原因。盾构掘进过程中，地面先后发生地层损失沉降和土体固结沉降，但两者的形成机理和表现形态却有着本质区别。从沉降快慢方面讲，相比于扰动土体的固结沉降，地层损失沉降的发展速度要快很多。不同类别的土层，其地层损失沉降和固结沉降的快慢也不同。从沉降量大小方面讲，地层损失沉降的大小与盾构隧道单位长度的土体损失量有关，而固结沉降的大小取决于盾构施工对土体的扰动程度以及土体的渗透系数、压缩模量等因素。

现有关于盾构掘进引起的地层损失沉降预测有横向地面沉降Peck公式和纵向地面沉降Peck修正公式等，基于Peck公式进行地层损失沉降的预测时，地层损失率和地面沉降槽宽度系数是两个决定性参数，但其取值具有离散型和区域经验性，且难以直接反映盾构施工主动控制参数对地面沉降量的影响。

双曲线模型在研究盾构隧道轴线上方地表沉降随时间的变化关系中应用较为广泛，如现有技术文献(“泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测”，林存刚等，土木建筑与环境工程，2012年10月第34卷第5期)泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测中公开了地面固结沉降的双曲线公式，但双曲线模型多用于盾构通过后纵向地面长期沉降监测数据的拟合，若要用于土体固结沉降的预测，则双曲线常数的取值需要深入研究。

中国在先专利(申请公布号为：CN103195435A，发明创造名称为：一种控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法)中提出了基于地层损失的盾构隧道地面沉降控制方法，通过建立“盾构施工参数-地层损失-地面沉降”的关系模型，利用数值模拟方法反算设定的地层损失率对应的土舱压力和注浆量参数，以此作为施工控制的目标。该方法需要建立数值分析模型，不利于工程现场技术人员掌握和应用，而且只分析了地层损失沉降，未涉及土体固结沉降。

综上所述，基于地层的阶段性变形机理及其施工诱因，同时考虑地层损失沉降和土体固结沉降的盾构隧道轴线纵向地面沉降预测，且便于工程施工人员掌握、应用的方法尚处空白。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于泥水盾构施工主控参数的地面沉降预测方法，解决现有的Peck公式、双曲线模型及数值模拟反算方法中存在的未涉及土体固结沉降及不利于工程现场技术人员掌握地面沉降预测的问题，还用于填补同时考虑地层损失沉降和土体固结沉降的盾构隧道轴线纵向地面沉降预测，且便于工程施工人员掌握、应用的方法的空白。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种基于泥水盾构施工主控参数的地面沉降预测方法，包括如下步骤：

设定盾构施工预测期间，所述盾构施工预测期间为从管片脱出盾尾100环处至盾构切口前方一设定距离处；

于所述盾构施工预测期间内建立地面沉降量与管片环号的坐标系；

将所述盾构施工预测期间划分为切口压力影响阶段、盾构通过阶段以及盾尾沉降阶段；

建立预测模型并得到对应所述切口压力影响阶段、所述盾构通过阶段、以及所述盾尾沉降阶段的地面沉降量预测曲线表达式；以及