[发明专利]一种盾构掘进周围地层变形及加固范围确定方法

说明书

本发明涉及城市地下工程技术领域，具体涉及一种盾构掘进周围地层变形及加固范围确定方法。包括：确定隧道顶部位置的地层变形；确定隧道上方摩擦拱高度，然后根据端承拱厚度与摩擦拱的关系确定相对应的端承拱效应；确定端承拱、摩擦拱初始应力及隧道开挖完成后的地层应力；确定端承拱、摩擦拱回弹变形量；确定隧道中心线处的地层变形；综合所预测的地层变形及周围既有结构变形控制标准，确定加固范围。本发明基于组合拱模型将由于隧道开挖引起土拱效应导致的地层应力变化结合到地层变形计算的过程中，在进行盾构掘进地层变形评估预测中考虑了土拱效应的影响；并且对土拱进行处理防止地层产生过大变形，加固土拱松动区并防止土拱坍塌。

技术领域

本发明涉及城市地下工程技术领域，具体涉及一种盾构掘进周围地层变形及加固范围确定方法。

背景技术

随着城市轨道交通系统飞速发展，密集区盾构穿越既有地下结构越来越频繁。盾构近距离穿越既有结构将不可避免地引起既有结构产生变形，间距小、地层条件差、控制措施不当情况下易导致结构产生开裂、渗漏水、破损等现象，影响既有结构的安全性。例如：1）英国Heathrow机场快线站厅隧道下穿引起既有Piccadilly线隧道最大沉降达63mm，3年后沉降发展至80mm，并出现大量裂缝；2）北京地铁某区间由于盾构下穿施工，既有隧道最大累计沉降和错台分别达23mm和14mm，出现27处渗水。上述盾构穿越既有地下结构变形过大问题主要是因为盾构掘进地层变形评估不准确及未采取有效控制措施。因此，盾构近距穿越既有结构施工前，必须准确预测地层变形，并采取适当的加固措施，从而保障既有结构安全。

目前，盾构掘进引起地层变形的理论计算方法主要有两种：1）基于Peck公式的经验解；2）基于源汇理论的理论解。

但是现有技术中，基于Peck公式的经验解存在着依赖经验、未考虑土体应力状态等问题；基于源汇理论的理论解忽略了地层应力变化对地层变形的影响，未考虑隧道开挖引起的土拱效应。而隧道开挖引起的地层不均匀变形会导致土拱效应，导致地层中出现土拱区、松动区，引起地层应力的显著变化，且土拱效应引起的应力传递现象会显著改变地层变形传播规律。地层变形大小和趋势会受到土拱区和松动区范围以及应力传递现象的影响，所以在进行地层变形计算的过程中考虑土拱效应十分必要。

因此，需要一种盾构掘进周围地层变形及加固范围确定方法，来解决现有技术中依赖经验、未考虑土体应力状态、未考虑土拱效应等问题。

发明内容

本发明提供一种盾构掘进周围地层变形及加固范围确定方法，基于组合拱模型，采用胡克定律将由于隧道开挖引起土拱效应导致的地层应力变化结合到地层变形计算的过程中，在进行盾构掘进地层变形评估预测中考虑了土拱效应的影响；并且对土拱进行处理防止地层产生过大变形，加固土拱松动区并防止土拱坍塌。从而解决了现有技术中的问题。

一种盾构掘进周围地层变形及加固范围确定方法，包括如下步骤：

步骤1，建立组合拱模型，确定隧道顶部位置的地层变形g；

步骤2，确定隧道上方摩擦拱高度H₂，然后根据端承拱厚度与摩擦拱的关系确定相对应的端承拱效应；

步骤3，确定端承拱初始应力、摩擦拱初始应力及隧道开挖完成后的地层应力；

步骤4，根据步骤3确定端承拱回弹变形量、摩擦拱回弹变形量；

步骤5，根据步骤4确定隧道中心线处的地层变形；

步骤6，综合所预测的地层变形及周围既有结构变形控制标准，确定土拱松动区加固范围。