[发明专利]一种盾构法施工隧道穿越复合地层的地层损失率确定方法

权利要求书

1.一种盾构法施工隧道穿越复合地层的地层损失率确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：划分盾构隧道施工引起的地层损失；包括盾前地层损失、盾中地层损失和盾尾地层损失三部分；

步骤2：计算盾构隧道穿越复合地层时引起的盾前地层损失率：分别计算处于单一地层的盾前地层损失率，然后加权累积计算总的开挖面盾构隧道穿越复合地层时引起的盾前地层损失率；所述步骤2包括如下步骤：

(2.1)开挖面应力状态的释放导致土体产生三维弹塑性变形，并侵入隧道，最终被开挖掉的这部分体积称作盾前地层损失，盾前地层损失V_f的计算表达式如公式1所示：

式中，R为隧道半径，为等效间隙；

(2.2)隧道穿越单一地层时，按照公式2～7确定相关系数带入公式1求取盾前地层损失；

式中：k为一个根据开挖面前方地质条件的不同而选取的无量纲系数，0＜k≤1，k＝1表示开挖面土体在隧道轴向的位移均相等；δ_y为开挖面处无量纲的沿隧道轴向位移；R为隧道半径；P₀为开挖面上所释放的应力；E为弹性模量；Ω为无量纲的开挖面土体位移系数；

Ω的取值根据稳定系数N_R来确定：

式中：P_i为开挖面支护力；H为隧道中心线处埋深；γ为土体加权平均重度；c_u为不排水抗剪模量；

根据太沙基筒仓理论，开挖面上所释放的应力P₀可表示为：

P₀＝k₀P_V+P_w-P_i (7)

式中，k₀为水平土压力系数；P_V为隧道中心处有效土压力；P_w为水压力；

(2.3)引入地层复合比，对复合地层的这种性质进行定量化描述，如公式8所示；

地层复合比是指隧道断面内不同地层厚度的相对比例即公式8所示，同理，按照此方法可扩展到多种地层组合形式；

式中：λ_n-地层复合比；h_n-隧道截面范围内穿越不同地层的厚度；D-隧道直径；

(2.4)计算复合地层盾构隧道施工引起的地层损失率；先按照单一地层考虑，采用公式1～7，分别计算处于单一地层的隧道开挖面地层损失率，然后加权累积计算总的开挖面地层损失率，其中权重即通过公式8确定；

复合地层盾构隧道开挖引起的隧道顶部等效间隙的按公式9计算：

式中下标n代表第n层地层的相应参数；

最后将公式9带入公式1中即可求得盾构隧道穿越复合地层时引起的盾前地层损失率，即为公式10

步骤3：采用地层厚度加权得到等效地层位移的方法综合计算盾构隧道穿越复合地层时引起的盾中地层损失；

步骤4：考虑盾壳与管片之间存在必要的建筑空隙情况下，计算盾构隧道穿越复合地层时引起的盾尾地层损失；

步骤5：计算盾构隧道穿越复合地层时引起的总地层损失率。

2.根据权利要求1所述的盾构法施工隧道穿越复合地层的地层损失率确定方法，其特征在于,所述步骤2.2中K的取值具体为：

在盾构机刀盘的限制下，涌入隧道内土体的轴向位移会呈现出中间大、四周小的形态，因此k值可以根据开挖面前方地质条件的不同，选取相应的计算表达式进行计算，即公式4；

式中，q_u为无侧限抗压强度；N为标贯试验贯入300mm所需锤击数。