[发明专利]一种针对浅覆土工况下地面出入式盾构开挖引起的土体变形计算方法

说明书

本发明涉及一种针对浅覆土工况下地面出入式盾构开挖引起的土体变形计算方法，包括如下步骤：(1)参数计算：tanβ参数计算、g参数计算；(2)土体变形的计算，基于新建立的隧道上浮至土体边界顶部的隧道开挖断面收敛模型，利用随机介质理论，取一微单元，推导得到地面出入式盾构隧道施工引起x，y，z三个方向的土体变形计算公式。本发明的有益效果是：本发明深入研究了浅覆土地面出入式盾构开挖断面的收敛模型，考虑覆土较浅引起的注浆后隧道上浮以及盾构轴线与水平面的夹角α，基于随机介质理论，推导出的土体变形计算公式，运用Matlab可以快速计算实际工程中土体的垂直变形和水平变形。

技术领域

本发明涉及一种用随机介质理论和新型隧道开挖断面收敛模型来计算由土体损失引起的浅覆土地面出入式盾构土体变形的计算方法。属于地下工程技术领域。

背景技术

地面出入式盾构法施工埋深较浅，尤其是对覆土浅段土体的扰动较大，有可能引发邻近地下管线以及建筑物的破坏，存在严重的安全隐患。现有地面出入式盾构法施工引起土体变形计算方法都只考虑上仰掘进工况没有考虑下探掘进，且没有考虑浅覆土工况下隧道上浮的影响，仅能对土体垂直变形进行计算，无法计算水平土体变形，与实际有所出入。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种合理的针对浅覆土工况下地面出入式盾构开挖引起的土体变形计算方法。

针对浅覆土工况下地面出入式盾构开挖引起的土体变形计算方法，包括如下步骤：

S1.参数计算

S1.1tanβ参数计算

根据公式：

式中：tanβ为隧道周边土层的主要影响角的正切值；β为隧道周边土层的主要影响角；k为地表沉降槽宽度参数；H为盾构隧道轴线埋深；

盾构隧道轴线埋深公式：

H＝h-tanα (2)

式中：h为初始隧道轴线埋深；

联立式(1)、(2)得到：

S1.2g参数计算

g为等效土体损失参数，ε为最大土体损失率，R为盾构机外半径，g与土体损失率ε之间的关系，采用公式：

本步骤的目的是为土体变形的计算确定输入参数；

S2.土体变形的计算

基于新建立的隧道上浮至土体边界顶部的隧道开挖断面收敛模型；R为盾构机外半径，g为等效土体损失参数；利用随机介质理论，取一微单元，推导得到地面出入式盾构隧道施工引起x，y，z三个方向的土体变形计算公式；

沿掘进方向的土体水平变形计算公式：

与隧道垂直方向的土体水平变形公式：

土体垂直竖向变形计算公式：

式中：β为隧道周边土层的主要影响角；H为盾构隧道轴线埋深；三重积分上下限分别为：a＝H+R，b＝H-R，e＝H-R，f＝H+R-g，