[发明专利]一种新建隧道注浆环对既有盾构隧道防护效果的评估方法

说明书

本发明公开了一种新建隧道注浆环对既有盾构隧道防护效果的评估方法，包括：根据新建隧道、既有隧道和注浆环的相对位置建立三维坐标系和注浆环力学计算模型；根据建立的注浆环力学模型，通过注浆环体积膨胀来模拟对周围土层的影响过程，利用随机介质理论对注浆环膨胀引起的周围土层附加应力求解公式进行了推导；考虑新建隧道开挖与注浆环体积膨胀的影响，计算开挖及注浆环共同作用下既有隧道轴线处的总竖直附加应力；将总竖向附加应力代入剪切错台和刚体转动协同变形模型即可求得既有隧道的竖向位移，通过求得的隧道竖向位移大小来评估隧道下穿方案和注浆环设置方案的合理性，通过参数的反复调整和多次的代入验算即可对具体方案进行设计与优化。

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，特别涉及一种新建隧道注浆环对既有盾构隧道防护效果的评估方法，适用于新建隧道壁后设置注浆环加固的工程，尤其是盾构近距离穿越既有隧道工程中，用于分析注浆环对既有隧道的保护作用时特别适用。

背景技术

随着城市地铁建设的发展，在有限的浅地层空间中出现了越来越多的地铁管线，不可避免地会出现新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的工况。盾构隧道的近距离穿越会引起周围土体变形及土层应力重分布从而影响既有隧道的结构安全，实际工程中需要采取一定的保护措施来减小对既有隧道的扰动影响。对盾构近距离穿越工况下既有隧道的变形规律及控制变形的相关措施展开研究十分必要。

针对盾构近距离穿越既有隧道的问题，目前的主要研究方法包括数值模拟法、实测数据分析法、缩尺寸模型试验方法。数值模拟法的精度很大程度上取决于建模水平、边界条件以及参数的选取，精确度无法得到有效保证。隧道洞内注浆形成壁后注浆环的过程涉及到土体浆液的渗透、压密、劈裂等多种作用方式，影响机理复杂，且在实际工程中往往将注浆环与其他控制措施结合使用，不同控制措施的效果相互叠加，难以通过实测数据法进行注浆环效果的单独分析。缩尺寸模型试验无法避免缩尺寸效应的影响，同时对外界因素的扰动较为敏感，精确度同样无法得到有效保证。目前还没有一种理论计算方法对新建隧道壁后注浆环的影响规律进行单独的分析。

综上所述，构建新建隧道、注浆环、既有隧道三者共同作用的力学模型，提出一种考虑新建隧道注浆环影响既有隧道竖向位移的计算方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新建隧道注浆环对既有盾构隧道防护效果的评估方法，以解决现有的数值模拟法、实测数据分析法、缩尺寸模型实验方法在计算过程中精度难以控制或无法实现对注浆环进行单因素分析的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

一种新建隧道注浆环对既有盾构隧道防护效果的评估方法，其特征在于，包括：

根据新建隧道和既有隧道的相对位置建立三维坐标系，在盾构体前端设置刀盘附加推力q，沿盾构体环向设置盾壳侧摩阻力f，盾构体尾部设置附加注浆压力p，建立新建隧道力学模型；

根据建立的新建隧道力学模型，考虑刀盘附加推力q、盾壳侧摩阻力f、附加注浆压力p、土体损失四个因素，并将附加注浆压力p分解为竖向附加应力p₁和水平向附加应力p₂，分别计算四个因素在既有隧道轴线处某点(x,y,z)产生的沿竖直方向的附加应力，经计算可得q产生的竖向附加应力σ_z-q、f产生的竖向附加应力σ_z-f、p₁产生的竖向附加应力σ_z-p1、p₂产生的竖向附加应力σ_z-p2、土体损失产生的附加应力σ_z-s，将各个附加应力进行求和，求得因隧道开挖引起的既有隧道轴线处的总竖向附加应力σ_z-k，在上述的总竖向附加应力σ_z-k的基础上加上因注浆环引起的既有隧道轴线处的竖向附加应力σ_z-u即可求得既有隧道所受总的竖向附加应力σ_z；