[发明专利]一种基于三维镜像理论和指数函数的地表沉降槽修正方法

说明书

本发明公开了一种基于三维镜像理论和指数函数的地表沉降槽修正方法，包括以下步骤：建立曲线并行隧道的三维模型，曲线并行隧道包括先行隧道和后行隧道；根据盾构机以及先行隧道和后行隧道管片外环面的空间方程，确定曲线并行隧道非同步掘进过程中导致土体沉降的土体损失；基于三维镜像法，推导出先行隧道沉降值Ssubgt;z1/subgt;以及后行隧道沉降值Ssubgt;z2/subgt;；基于指数函数，推导出先行隧道沉降修正值Ssubgt;f/subgt;以及后行隧道沉降修正值Ssubgt;s/subgt;；对沉降修正值Ssubgt;f/subgt;和Ssubgt;s/subgt;进行叠加，得到曲线并行隧道非同步掘进引起的土体沉降值Ssubgt;z/subgt;。本发明的优点是：以三维镜像理论和指数函数为基础，考虑曲线并行盾构隧道的三维空间特性和施工期同步注浆工艺，能较好地解决镜像法高估地表沉降槽宽度问题。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种基于三维镜像理论和指数函数的地表沉降槽修正方法。

背景技术

作为一种较为先进的隧道掘进工法，盾构隧道施工也不可避免地产生地层沉降问题，施工期的土体损失是引起地层沉降的主要因素。受场地条件、建筑物等因素限制，地铁线路的线形并不一定是直线，国内外已有不少修建曲线隧道的工程案例。曲线隧道施工产生的土体损失具有真正的三维空间效应，常规的平面理论在解决三维土体损失引起地层沉降问题上有所局限；三维理论中的镜像法虽然可行，但所获得的地表沉降或多或少地高估了地表沉降槽的宽度。目前尚未发现一种修正曲线盾构隧道施工期土体损失引起地层沉降的情况，且修正理论得到的沉降槽曲线与现场实测和数值模拟所得结果的差异也未见报道。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于三维镜像理论和指数函数的地表沉降槽修正方法，该修正方法基于三维镜像理论和指数函数，可对曲线并行隧道施工期土体损失引起地层沉降进行计算和修正。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种基于三维镜像理论和指数函数的地表沉降槽修正方法，其特征在于所述修正方法包括以下步骤：

(S1)建立曲线并行隧道的三维模型，所述曲线并行隧道包括先行隧道和后行隧道；根据盾构机以及所述先行隧道和所述后行隧道管片外环面的空间方程，确定所述曲线并行隧道非同步掘进过程中导致土体沉降的土体损失；

(S2)基于三维镜像法，推导出所述先行隧道由土体损失引起土体沉降的沉降值S_z1以及所述后行隧道由土体损失引起土体沉降的沉降值S_z2；

(S3)基于指数函数，推导出所述先行隧道由土体损失引起土体沉降的沉降修正值S_f以及所述后行隧道由土体损失引起土体沉降的沉降修正值S_s；

(S4)对由土体损失引起土体沉降的沉降修正值S_f和S_s进行叠加，得到所述曲线并行隧道非同步掘进引起的土体沉降值S_z。

步骤S1包括以下步骤：

建立曲率半径为Q、径向间距为r₀的所述曲线并行隧道的三维模型；

所述先行隧道掘进时盾构机外环面和管片外环面C(x₀,y₀,z₀)的空间方程分别为：

所述后行隧道掘进时盾构机外环面和管片外环面的空间方程分别为：