[发明专利]双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法

说明书

本发明提出一种双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法，包括：A.确定软硬岩地层分界面；B.获得岩体移动焦点与包含地层损失外圆圆心之间的垂直距离d；C.获得隧道开挖面软岩面积；D.获得地层复合比μ₁以及包含地层损失的地层复合比μ₂，隧道开挖面软岩面积与隧道开挖面全断面面积的比值即为地层复合比；E.获得地层损失量；F.获得地表最大沉降值。该方法通过引入地层复合比这一参数来计算地层损失，并基于魏刚建立的隧道轴线上方地表最大沉降值通解公式，将得出的地层损失量代入通解公式进一步求取地表最大沉降值，从而提供一种盾构机穿越上软下硬复合地层时的地表最大沉降值的精确计算方法。

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及隧道在施工所引起的地表沉降值计算方法。

背景技术

随着城市地铁隧道的大力发展，许多隧道采用盾构法施工，但盾构隧道穿越地层的工程地质条件也日益复杂，如珠江三角地区广泛存在着软硬不均匀复合地层。对于盾构机在上软下硬复合地层中掘进来说，当盾构机穿越地层既有软岩又有硬岩时，隧道断面就会含有软硬两种岩性的岩体，且在盾构机沿设计轴线掘进时上部软岩、下部硬岩的比例不是单一的，而是不断变化的，这就导致隧道在此种情形下施工与隧道在软硬岩占比始终保持不变时施工引起的地表沉降有一定的差别。隧道断面岩体的变形主要发生在上部软岩部分，若软岩部分较多则隧道洞周收敛变形也较大，这是由于岩性不同使得洞周收敛也随之不同，洞周收敛过大时造成的地层损失也大，进而引起地表沉降过大，严重时甚至出现塌方问题。目前关于上软下硬复合地层盾构施工引起地表沉降的研究大多局限于上部软岩和下部硬岩占比各一半的情形，而对连续变化的不同软硬岩占比条件下地表沉降的研究则较少，基于上述提出一种考虑隧道断面软硬岩占比不同的地表最大沉降值计算方法显得尤为重要。

发明内容

针对隧道在软硬复合地层施工地表沉降计算方法的局限性，本发明的目的在于提供一种双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法。

为实现上述目的，本发明通过以下方案得以实现：

当隧道断面中既有软岩又有硬岩时，首先要确定出软硬岩地层分界面；然后计算出岩体移动焦点与包含地层损失外圆圆心O₂之间的垂直距离d，如图1所示；其次根据圆心角α₁和圆心角α₂计算出相对应的地层复合比μ₁和μ₂，并利用μ₁和μ₂求出地层损失量；最后把地层损失量代入由地层损失所引起的隧道轴线上方最大沉降值的通用计算式求得地表最大沉降值。

本发明的优点和有益效果如下：隧道在上软下硬复合地层中施工时，相较于隧道断面仅为单一岩性或软硬岩占比不变的情况下，本发明考虑了隧道断面软硬岩占比不同这一因素的影响。由于隧道断面软硬岩占比不断变化，使得地层复合比也有所不同，进而导致地层损失量不断变化，最终隧道轴线上方地表最大沉降值出现较大差异。当考虑了隧道断面软硬岩占比不同时，地表最大沉降值要比隧道断面仅为单一岩性或软硬岩占比不变的情况下引起的地表沉降值更为精确，且软硬岩占比划分越细致，计算出的地表沉降值越接近现场监测的地表沉降值。

附图说明

图1为上软下硬复合地层中隧道洞周位移图；

图2为上软下硬复合地层盾构施工引起的地层损失图。

图中标号1为软硬地层复合分界线，2为岩体移动焦点O，3为地层损失，4为注浆部分。

具体实施实例

下面结合实施例对本发明做进一步详细介绍

本发明提出一种考虑隧道断面软硬岩占比不同的地表最大沉降值计算方法，包括：