[发明专利]一种考虑多因素影响的饱和土双线盾构施工引起土体变形计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑多因素影响的饱和土双线盾构施工引起土体变形计算方法，包括：确定饱和土双线盾构掘进的施工参数；根据所述施工参数确定饱和土双线盾构掘进过程中各因素的取值，包括刀盘附加推力、盾壳摩擦力、注浆压力及土体损失率；根据土体变形考虑先后行盾构施工间隔及穿越形式的影响、刀盘附加推力考虑挤土效应、盾壳摩擦力考虑浆液蔓延及土体软化、注浆压力考虑浆液自重及环向不均匀分布的影响并将其进行分区处理、以及土体损失率考虑注浆填充，建立饱和土双线盾构推进受力分析模型；根据所述饱和土双线盾构推进受力分析模型确定各因素引起的土体变形；将各因素引起的土体变形通过叠加得到饱和土双线盾构施工引起土体的总变形。

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，涉及一种考虑多因素影响的饱和土双线盾构施工引起土 体变形计算方法。

背景技术

近年来，地铁建设作为城市地下空间开发的新标志，其发展进程不断加快，大多采用双 线平行盾构施工。然而，城市高楼林立，地下管网纵横交错，建筑物桩基、市政管线、既有 隧道等既有构筑物都会对新建地铁的路线及穿越形式产生较大的限制，施工也存在较多隐患， 尤其是在低渗透的饱和土地区，由于其压缩性大、灵敏度高等特点，土体变形更为明显。因 此，亟需一种综合考虑饱和土特性及不同穿越形式的双线盾构施工引起土体变形预测方法。 目前，盾构施工引起的土体变形理论计算方法有三种：

1)基于传统Peck公式的经验解；

2)基于Mindlin公式的理论解；

3)基于半无限饱和土初值公式的解析解。

依据现有文献分析，上诉三种理论计算方法仍存在较大不足：

1)Peck公式中参数大多依靠经验取值，具有较大的离散性，且其仅考虑土体损失的影 响，未考虑其他因素，而现场施工则受到多种因素的影响，因此不能真实反映盾构施工过程 中各施工参数引起地表变形的规律；

2)Mindlin解的前提是假设土体为单相介质，但实际土是由三相介质构成，即便是饱和 土也由两相介质组成，且由于饱和土的低渗透、高压缩、强灵敏度等特点，在土区采用只考 虑单相介质的Mindlin解进行地表变形预测会导致结果偏离实测值；

3)丁智等^[1]基于半无限饱和土初值公式，引入饱和土两相介质的特性，推导出饱和土盾 构施工引起的土体变形解，但其只适用于单线盾构引起土体变形的预测，未考虑到先后行盾 构施工间距、穿越形式不同对地表变形的影响，且在计算施工影响因素时未考虑到刀盘的挤 土效应、盾壳处的浆液蔓延、土体软化、注浆的不均匀性以及浆液填充对土体损失率的影响， 致使结果较实测值偏大；

4)关于刀盘附加推力的研究，现有计算大多取盾构轴线处的实际开挖压力与该位置的初 始土压力之差，一般假设为20kPa，但其忽略了刀盘在切削土体时会产生一定的挤压力，导 致结果出现了较大的偏差；

5)关于盾壳摩擦力的研究，现有计算大多根据应力状态理论，求出沿盾壳圆周摩擦力的 平均值，或根据工程经验直接假设为一定值，且沿盾壳均匀分布。实际上，盾构在掘进过程 中，因盾壳与土体有明显的位移，会导致盾壳摩阻力出现软化特性，且由于盾尾注浆液的流 动性，浆液会蔓延出注浆区，致使蔓延区盾壳与周围土体的摩擦特性发生改变，故盾构摩擦 的取值不能仅考虑周围土体应力及摩擦系数的影响；

6)关于盾尾注浆压力的研究，现有计算大多取实际注浆压力与应力释放后周围土层的水 土压力之差作为附加注浆压力值。但在对注浆压力进行实时监测的过程中，发现盾构上、下 部分注浆压力不同，具体表现为上部注浆压力小，下部注浆压力大的特征。而现有关于盾尾 注浆压力的研究，大多将其假设为环向均匀分布，忽略了浆液自重的影响，故由此计算得出 的盾尾注浆压力与实测相差较大；

7)关于土体损失的研究，认为土体损失产生位于刀盘开挖面，因此忽略了注浆填充对土 体损失率计算的影响，且尚未考虑到饱和土体两相介质特性，导致结果远大于实际值。