[发明专利]一种大直径盾构土体移动收敛模型及其计算方法

说明书

本发明涉及隧道与地下工程领域，具体为一种大直径盾构土体移动收敛模型及其计算方法，实现衬砌脱出盾尾后大直径盾构盾尾周围土体不同的收敛模式，更符合工程实际的一种大直径盾构土体移动收敛分析模型和计算方法，包括：步骤一：提出大直径盾构土体移动收敛模型的假定；步骤二、建立大直径盾构土体均匀竖向移动收敛模型；步骤三、建立大直径盾构土体不均匀竖向移动收敛模型；步骤四、大直径盾构土体均匀和不均匀竖向移动收敛模型下地层变形的计算方法；能够更准确的预测大直径盾构施工引起的地层变形，为规程计算提供了可靠和有效的计算方法，能够减少由于地层变形引起的工程问题，具有显著的工程价值和经济效益。

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程领域，具体为一种大直径盾构土体移动收敛模型及其计算方法。

背景技术

盾构隧道施工要求地层变形在规定范围内，而土体移动收敛模型是计算地层变形的基础。国内外的许多学者致力于提出符合隧道实际的土体移动收敛模型和计算方法。现有研究中多数集中在中小直径盾构基础上，认为衬砌脱出盾尾后，盾尾周围土体均沿着圆周径向产生向着衬砌圆心的径向收敛。因此，提出了均匀径向土体移动收敛模型和不均匀径向土体移动收敛模型，但这些模型均没有考虑土体的自重作用以及开挖卸荷效应。当盾构直径较小时，这些模型产生的误差可以忽略。随着盾构直径的增大，盾尾间隙也将相应增大，这时若仍然忽略土体自重作用和开挖卸荷效应将使结果产生较大误差。

与已有模型相比，本发明所提出的大直径盾构土体移动收敛模型具有以下突出优势：①考虑开挖直径增大的影响、盾尾周围土体的自重作用和开挖卸荷效应，认为衬砌脱出盾尾后，周围土体并非发生沿着径向的收敛，而是上部土体在自重作用下竖向掉落，下部土体由于开挖卸荷而产生竖向的微小隆起，提出了大直径盾构隧道的均匀竖向收敛模型和不均匀竖向收敛模型。该模型更符合工程实际，更易被工程人员理解和接受。②通过典型工程案例计算值与实测值的对比，该均匀竖向收敛模型和不均匀竖向收敛模型能够更准确的预测大直径盾构施工引起的地层变形。

本发明提出了适用于大直径盾构隧道更合理的土体移动模型，能够更准确的预测大直径盾构引起的地面最大沉降值，对大直径盾构隧道的发展和推广应用具有重要意义。

发明内容

为了解决这一问题，提供一种大直径盾构土体移动收敛模型及其计算方法，实现衬砌脱出盾尾后大直径盾构盾尾周围土体不同的收敛模式，更符合工程实际的一种大直径盾构土体移动收敛分析模型和计算方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种大直径盾构土体移动收敛模型，包括如下步骤：步骤一：提出大直径盾构土体移动收敛模型的假定：

1.1、土体为半无限线弹性各向同性体；

1.2、大直径盾构掘进为平面应变问题且仅考虑盾构掘进过程中的横向变形；

1.3、分析中所有曲面均假定为圆形且关于隧道轴线对称，盾尾周围上部土体在自重作用下产生竖向收敛，下部土体在开挖卸荷作用下产生微小的竖向隆起；

1.4、盾尾周围土体收敛或隆起后与衬砌紧密接触无间隙；

步骤二、建立大直径盾构土体均匀竖向移动收敛模型：

2.1、实际盾构掘进工程中，隧道轴线中心埋深为h，开挖半径为R0，衬砌外径为R，衬砌脱离盾尾瞬间周围存在一个厚度为u0的均匀间隙；

2.2、上部土体在自重作用下竖向掉落，下部土体在开挖卸荷作用下发生竖向隆起；

2.3、建立大直径盾构土体均匀竖向移动收敛模型；

步骤三、建立大直径盾构土体不均匀竖向移动收敛模型：

3.1、建立大直径盾构土体均匀竖向移动收敛模型；