[发明专利]盾构施工地表沉降形态分类方法及系统

说明书

公开了一种盾构施工地表沉降形态分类方法及系统。该方法可以包括：针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；根据地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得施工区域的地表沉降的空间演化规律；根据空间演化规律，针对沉降槽进行分类；根据沉降槽的分类，将空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。本发明通过分析所有测点组单线的地表沉降时空演化规律，实现盾构施工地表沉降形态分类。

技术领域

本发明涉及盾构施工领域，更具体地，涉及一种盾构施工地表沉降形态分类方法及系统。

背景技术

早在1969年Peck就对隧道开挖引起地表沉降进行了研究，认为隧道开挖后引起的地面瞬时沉降是在不排水情况下发生的，沉降槽体积应等于地层损失的体积，可采用高斯分布来描述。1987年，SAGASETA在假定土体不可压缩且各向同性的情况下，推导出近地表土体损失时应变场的理论解，且该结果在地基掘进、打桩等不同工况下也拟合良好，可在实际工程中得到应用。1993年2月，国内学者刘建航对数值模拟、经验公式及半理论解析法进行了细致的分析，认为在预测深基坑开挖对土层的影响时，要结合理论与实际监测数据，并辅以经验判断。1996年，金丰年、钱七虎对隧道全断面开挖进行了三维数值模拟，模型采用非线性粘弹性模型，结果表明，2倍隧道直径的开挖面会受到影响。2001年1月，Gonza′lez、Sagaseta基于马德里1995年至1999年所建地铁工况，推导出盾构穿越所引起的地表沉降的理论解析公式，并分析了各参数在不同土体类型及隧道形状下的取值情况，且该公式与实际监测数据拟合良好。2005年，Finno、Voss Jr.等人以城市环境为背景，基于已有基坑开挖对地表影响的预测公式，提出一种适用于建筑物的预测模型解，该方法介于简单与复杂经验方法之间，较为实用。2007年，Suwansawat、Einstein认为盾构施工所引起的双孔隧道的沉降槽不仅受地面条件、隧道尺寸等因素的影响，还受到了盾构机参数及操作的影响；二位学者以曼谷地铁为工程背景，基于高斯函数提出了一种叠加方法来预测双孔隧道沉降槽。2008年10月，马可栓以对武汉地铁为背景，通过实测数据与理论分析，对Peck公式进行了改进，同时针对双线隧道开挖引起的地表沉降提出了超几何方法，解释了沉降槽不对称的状态。2009年2月，魏纲在盾构法隧道统一土体移动模型以及对Loganathan公式研究的基础上，通过对Verriujt公式的修正，提出了盾构施工所引起的土体变形的二维解，通过实例验证，该方法在施工阶段应用良好。同年4月，韩煊、Standing等人基于理论分析，采用机理研究结合实测数据的方法，建立了刚度修正法，此方法是在考虑建筑物结构刚度的基础上对建筑物沉降曲线进行预测的方法，并在工程实例中得到了验证。2011年3月，丁烈云、李炜明等人采用数值模拟结合实际监测数据的方法，研究了盾构始发施工对地表沉降的影响，将两种方法进行对比得出共同规律，为同类型工程预测提供了参考。2013年6月，Gang Wei、Siyuan Pang等人在盾构掘进单孔隧道解析模型的基础上，推导出了双线平行隧道下盾构掘进引起变形的解析解，在与实际监测数据拟合后发现该公式预测准确，且精度较高，具有广泛的适用性。2016年10月，魏纲、周杨侃在其他学者研究的基础上对双线隧道施工地表沉降预测公式进行了简化。2017年2月，魏纲、王霄通过对近距离界定系数的研究，建立了适用于双线隧道近距离工况的盾构法地面总沉降二维解的修正公式，并得出不同界定系数下不同的沉降曲线形式。2018年7月，李间斌、陈健等人以厦门地区某盾构隧道施工为背景，基于蒙特卡洛策略和有限差分模拟，通过研究土体弹性模量、水平波动距离及变异系数对双线隧道开挖的影响，提出了适用于厦门地区盾构开挖的计算参数值。

虽然国内外学者对盾构施工条件下地表沉降的解析解进行了详细研究，但可以发现，仍然受到了地质条件、已有地下结构等周边复杂环境的影响，并未得出适用于所有条件的统一解。因此，有必要开发一种适用于复杂周边环境的盾构施工地表沉降形态分类方法及系统。

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发明内容