[发明专利]曲线盾构隧道地层沉降的预测方法、装置、设备及存储介质

权利要求书

1.一种曲线盾构隧道地层沉降的预测方法，其特征在于，包括：

根据待预测的曲线盾构隧道确定由盾构机在实际掘进时产生的曲线超挖间隙的超挖间隙参数；

基于所述超挖间隙参数和弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移的计算公式，对单位体积空隙在所述曲线超挖间隙的体积域内进行积分运算，得到所述曲线超挖间隙引起的地层沉降位移；所述曲线超挖间隙的体积域为：由两个同心角相同的半圆环围成的空间的体积范围，所述同心角的值等于盾构机在实际掘进时沿隧道轴线掘进的长度与待预测的曲线盾构隧道的曲率半径的比值；所述曲线超挖间隙引起的地层沉降位移的计算公式如下：

式中，G_a为所述超挖间隙参数，Q为曲率半径，R为盾构机的外径，l为盾构机沿隧道轴线掘进的距离，s_z为弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移，h为隧道中心点的埋深，θ表示曲线盾构隧道的断面圆心与其在z轴上的投影点的连线和三维直角坐标系中oxz平面之间的夹角；

其中，所述计算公式基于三维镜像理论对弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移确定所得；

所述超挖间隙参数的确定过程包括：

建立待预测的曲线盾构隧道的掘进三维空间模型；

基于所述三维空间模型确定盾构机的实际推进轨迹的空间方程；

基于所述空间方程确定所述待预测的曲线盾构隧道的平面模型；

基于所述平面模型确定所述超挖间隙参数，所述超挖间隙参数的计算公式如下：

式中，L_M2为盾构机后盾的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算公式的确定过程包括：

确定在所述弹性半无限体中的一个设定点处半径为1的空隙在任意点处产生的竖向位移分量的第一计算公式；

基于所述弹性半无限体所在的三维直角坐标系，确定所述空隙的镜像位置处的镜像间隙在任意点处产生的竖向位移分量的第二计算公式；

将所述空隙和所述镜像间隙在地表产生的剪应力反方向作用于地表，确定地表产生的竖向位移分量的第三计算公式；

基于所述第一计算公式、第二计算公式和第三计算公式，确定得到弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移的计算公式。

3.一种曲线盾构隧道地层沉降的预测装置，其特征在于，包括：

超挖间隙确定模块，用于根据待预测的曲线盾构隧道确定由盾构机在实际掘进时产生的曲线超挖间隙的超挖间隙参数；

沉降位移计算模块，用于基于所述超挖间隙参数和弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移的计算公式，对单位体积空隙在所述曲线超挖间隙的体积域内进行积分运算，得到所述曲线超挖间隙引起的地层沉降位移；所述曲线超挖间隙的体积域为：由两个同心角相同的半圆环围成的空间的体积范围，所述同心角的值等于盾构机在实际掘进时沿隧道轴线掘进的长度与待预测的曲线盾构隧道的曲率半径的比值；所述曲线超挖间隙引起的地层沉降位移的计算公式如下：

式中，G_a为所述超挖间隙参数，Q为曲率半径，R为盾构机的外径，l为盾构机沿隧道轴线掘进的距离，s_z为弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移，h为隧道中心点的埋深，θ表示曲线盾构隧道的断面圆心与其在z轴上的投影点的连线和三维直角坐标系中oxz平面之间的夹角；

其中，所述计算公式基于三维镜像理论对弹性半无限体内由于单位体积空隙产生的竖向位移确定所得；

所述超挖间隙确定模块包括：

建立单元，用于建立待预测的曲线盾构隧道的掘进三维空间模型；

第一确定单元，用于基于所述三维空间模型确定盾构机的实际推进轨迹的空间方程；

第二确定单元，用于基于所述空间方程确定所述待预测的曲线盾构隧道的平面模型；

第三确定单元，基于所述平面模型确定所述超挖间隙参数，所述超挖间隙参数的计算公式如下：

式中，L_M2为盾构机后盾的长度。