[发明专利]城市地下施工情景下脱空道路安全余量评估和预控方法

说明书

本发明提供了一种城市地下施工情景下脱空道路安全余量评估和预控方法，获取目标地下工程区域的探测结果，确定施工段道路路基中空洞赋存形态；利用模拟方法，模拟空洞在地下施工振动下的发育过程，基于模拟出的空洞规模及位置，确定考虑施工振动的临界安全距离；基于模拟出的空洞扩展形态，确定行车最不利荷载工况，建立道路破坏判据，确定临灾状态下道路实际承载能力，计算脱空道路安全余量，进而根据结果进行地上、地下的联合预控。本发明保证了地下工程掘进过程中上方路网交通安全。

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种城市地下施工情景下脱空道路安全余量评估和预控方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在建地下工程施工致塌事故数量逐年增多，因地下空间扰动引发的路网中断、人车伤亡等时有发生。地下施工对城市路网的影响不可忽视。

现有的隧道施工方法中TBM施工具有机械化程度高、施工效率高等优点而广泛用于地铁隧道开挖。然而城市地铁多为浅埋隧道，长期服役状态下的道路路基中存在天然或人工因素形成的土质疏松区、水囊、空洞等形式的弱区(不良地质体)。此时原有空洞在地下施工振动及地上交通荷载反复作用下灾变性发育，地层对道路结构的支撑能力降低，致使道路正常运营期出现病害或塌陷，而道路坍塌突发性强、危害性高，一方面影响下方隧道施工作业进度，另一方面导致地表交通瘫痪，伴随着地下管线破裂，严重影响城市居民日常生活，造成重大经济损失，带来的社会影响极其恶劣，给生产和生活带来极大的安全隐患。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种城市地下施工情景下脱空道路安全余量评估和预控方法，本发明能够对脱空道路的实际容许承载力可靠评估，并根据评估结果，采取地上地下联合预控的路面防塌措施，有效降低了地上交通安全风险，保障了城市道路运营期服役安全。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种城市地下施工情景下脱空道路安全余量评估方法，包括以下步骤：

获取目标地下工程区域的探测结果，确定施工段道路路基中空洞赋存形态；

利用模拟方法，模拟空洞在地下施工振动下的发育过程，基于模拟出的空洞规模及位置，确定考虑施工振动的临界安全距离；

基于模拟出的空洞扩展形态，确定行车最不利荷载工况，建立道路破坏判据，确定临灾状态下道路实际承载能力，计算脱空道路安全余量。

作为可选择的实施方式，确定施工段道路路基中空洞赋存形态的具体过程包括：扫描施工段上方道路，探明道路下方的弱区，包括空洞、水囊、不密实部位和裂缝；结合场区工程地质水文地质资料，查明地质特征及地下水分布情况，确定掘进道路下方弱区的展布形态和范围，绘制素描图。

作为可选择的实施方式，利用模拟方法，模拟空洞在地下施工振动下的发育过程的具体过程包括：依据素描图，建立道路结构离散元模型，使用施工中现场实测振动波作为模型振动源，确定施工过程中振动波速和掘进距离的定量关系，分析振动荷载作用下空洞发育过程，提取破坏形态，进行有限元计算，考虑空洞规模及位置，确定出需要考虑施工振动的临界安全距离。

作为可选择的实施方式，确定考虑施工振动的临界安全距离的具体过程包括：以隧道与空洞之间的岩土体塑性区贯通情况为依据，针对不同的空洞规模及位置，计算得到的临界安全距离，利用多元回归分析方法分析临界安全距离与各因素之间的函数关系，建立临界安全距离预测数学模型。

作为可选择的实施方式，基于模拟出的空洞扩展形态，确定行车最不利荷载工况的具体过程包括：考虑施工情景下临界安全距离位置处的最终发育形态，将所提取最终发育形态导入有限元软件进行计算；