[发明专利]一种基于开挖面变形砂土地层隧道开挖松动预测方法

说明书

本发明涉及一种基于开挖面变形砂土地层隧道开挖松动预测方法，包括以下方法：1)测量获得隧道开挖面中心的变形量，利用颗粒物质椭球体理论计算获得松动区的形状参数；2)建立楔形体模型，根据松动区的形状参数计算获得楔形体上覆土平均竖向压应力；3)考虑刀盘与开挖面土体摩擦力计算获得松动土体对刀盘的松动压力。与现有技术相比，本发明具有方法简单，可靠性高，便于推广等优点，可直接预测砂土地层隧道开挖的影响范围和支护压力。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其是涉及一种基于开挖面变形砂土地层隧道开挖松动预测方法。

背景技术

隧道开挖的松动区是由开挖面的松动造成的，当开挖面变形为零时，没有松动区；随着开挖面变形的增大，松动区从开挖面底板不断向上延伸，直到开挖面塌方，松动区达到最大，当隧道埋深较浅时，松动区可以到达地面，当隧道埋深较大，直到开挖面塌方，松动区也不会到达地面。

松动区内由于地层的松动引起的土拱效应，地层水平压力较原始地层水平压力大幅降低，如果松动压力可由地层自身承担，则隧道保持稳定；如果松动压力超过地层自身承担的能力，需进行支护，以免隧道失稳。

目前，能分析随着隧道开挖面变形增大松动区逐渐扩展过程的方法只有数值分析。国内外学者使用的计算模型主要分为两类：楔形体极限平衡模型和塑形上下限定理模型。然而其主要弊端在于只限于极限稳定性分析，不能考虑开挖面渐进性破坏和破坏范围内砂土颗粒流动对开挖面稳定性及盾构隧道松动压力的影响。工程中还缺乏一种机理明确计算简单、实用的确定砂土地层隧道开挖松动区及盾构隧道松动压力的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单、可靠性高的基于开挖面变形砂土地层隧道开挖松动预测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于开挖面变形砂土地层隧道开挖松动预测方法，包括以下步骤：

1)测量获得隧道开挖面中心的变形量，利用颗粒物质椭球体理论计算获得松动区的形状参数；

2)建立楔形体模型，根据松动区的形状参数计算获得楔形体上覆土平均竖向压应力；

3)考虑刀盘与开挖面土体摩擦力计算获得松动土体对刀盘的松动压力。

所述步骤1)中，利用颗粒物质椭球体理论将松动区等效为一椭球体，所述松动区的形状参数包括松动区体积VG、松动区半长轴aG、松动区纵向短半轴bG、松动区横向短半轴cG和松动区高度HGF，计算公式为：