[发明专利]一种双孔隧道地层变形预测方法

说明书

本发明提供一种双孔隧道地层变形预测方法，该方法包括下述步骤：对开挖隧道进行微分处理，得到多个微开挖单元，并基于随机介质理论，根据微开挖单元的埋深计算微开挖单元引起的地表沉降值；基于有限元方法确定开挖隧道的间隙参数，并结合间隙参数，对开挖隧道包含的所有微开挖单元进行积分处理，得到开挖隧道引起的地表沉降值；将所有开挖隧道引起的地表沉降值进行求和，得到开挖双孔隧道引起的地表沉降值。本发明可以准确的计算隧道施工引起的地表沉降，准确的预测地铁隧道施工引起的地层变形。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种双孔隧道地层变形预测方法。

背景技术

目前，在地铁隧道施工引起的地层变形预测中多采用经验公式法和数值分析法。其中经验公式法常常采用随机介质理论方法，该种方法主要考虑地层因素，但地铁隧道施工中管片壁后间隙分布形式、注浆质量好坏、注浆压力分布模式等也是影响地层变形的主要因素，因此单纯的随机介质理论方法不能较准确的预测地铁隧道施工引起的地层变形。此外，随机介质理论方法相应参数也存在取值困难等缺陷。而数值分析法虽然可以考虑各种各样的地质条件、分阶段开挖、施工特点、支护的时间以及支护的特性等相关因素，但大量的研究表明数值分析方法目前还不能提供一个比较符合实际的解答。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种双孔隧道地层变形预测方法，可以准确的计算隧道施工引起的地表沉降，准确的预测地铁隧道施工引起的地层变形。

本发明提供的一种双孔隧道地层变形预测方法，包括下述步骤：

对开挖隧道进行微分处理，得到多个微开挖单元，并基于随机介质理论，根据所述微开挖单元的埋深计算所述微开挖单元引起的地表沉降值；

基于有限元方法确定开挖隧道的间隙参数，并结合所述间隙参数，对开挖隧道中所有微开挖单元引起的地表沉降值进行积分处理，得到开挖隧道引起的地表沉降值；

将所有开挖隧道引起的地表沉降值进行求和，得到开挖双孔隧道引起的地表沉降值。

优选地，根据所述微开挖单元的埋深计算所述微开挖单元引起的地表沉降值，包括下述步骤：

建立第一三维直角坐标系，第一三维直角坐标系的坐标原点、X轴以及Y轴均位于地表上，第一三维直角坐标系的Z轴竖直向下，且第一三维直角坐标系的坐标原点位于所述微开挖单元的正上方；

对所述微开挖单元上方的岩体进行微分处理，得到多个微分岩体；

计算微分岩体的沉降值；

将所述微开挖单元上方所有微分岩体的沉降值进行积分处理，得到所述微开挖单元引起的地表沉降值；

其中，根据下述公式计算微分岩体的沉降值：

Ue(x，y)为在第一三维直角坐标系下X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标分别为x、y、z的微分岩体的沉降值，dε、dζ、dη分别为所述微开挖单元的长宽高；

r(z)为主要影响半径，r(z)＝(ζ-z)/tanβ，β为地层主要影响角，ζ为所述微开挖单元的埋深。

优选地，所述间隙参数为g，且所述间隙参数根据下述公式计算得到：

g＝Gp+U*3D+k；

其中，Gp为物理间隙，Gp＝2Δ+W，Δ为盾尾壁厚，W为拼装衬砌空间，U*3D为隧道的开挖面推进引起的等效三维径向位移，k为施工质量参数，k＝α*Gp，α的取值范围为0～0.8。

优选地，对开挖隧道中所有微开挖单元引起的地表沉降值进行积分处理，得到开挖隧道引起的地表沉降值，包括下述步骤：