[发明专利]一种浅埋圆形隧道上半断面施工诱发地面坍塌的预测方法

摘要

一种浅埋圆形隧道上半断面施工诱发地面坍塌的预测方法，属于地下建筑工程技术领域。步骤为：将隧道断面圆心以上地层简化为均一地层，计算简化后均一地层物理力学参数；基于土力学理论计算隧道拱顶开挖面前方纵向不稳定地层长度；针对简化后地层，基于突变理论得出隧道上半断面施工过程中拱顶上覆地层保持稳定的临界厚度值公式；将相关参数具体数值带入上述公式，通过计算得到隧道上半断面施工过程中拱顶上覆地层保持稳定的临界厚度值hcr；将计算得到的隧道拱顶上覆地层临界厚度值hcr和隧道拱顶上覆地层实际厚度值har进行比较，据此对隧道施工期间地面坍塌与否作出预测判断。适用于浅埋圆形隧道上半断面施工是否会诱发地面坍塌的预测判断。

主权项

1.一种浅埋圆形隧道上半断面施工诱发地面坍塌的预测方法，其特征在于，该方法包括以下五个步骤：步骤1：将隧道断面圆心以上地层简化为均一地层，对隧道断面圆心以上不同地层物理力学参数进行加权平均处理，计算得到简化后均一地层的物理力学参数，包括粘聚力c、内摩擦角、天然重度γ、饱和重度γ_sat、侧压力系数K₀；步骤2：计算隧道拱顶开挖面前方纵向不稳定地层长度，基于土力学理论，依据隧道施工导致在开挖面前方形成的地层破裂面位置，计算隧道拱顶开挖面前方纵向不稳定地层的长度，式中r为圆形隧道断面半径；步骤3：得出隧道拱顶上覆地层保持稳定的临界厚度值公式，针对简化后地层，按照隧道先开挖上半断面并施工初期支护再开挖下半断面的施工顺序，以隧道断面圆心以上地层为研究对象进行力学平衡计算，基于突变理论得出浅埋圆形隧道上半断面施工过程中拱顶上覆地层保持稳定的临界厚度值公式：式中：h_cr为隧道拱顶上覆地层临界厚度值，h_w为初始地下水位埋深，s为施工降水引起的地下水位降深，l₂为隧道纵向无支护空间长度，其他参数意义同前；步骤4：计算隧道拱顶上覆地层临界厚度值h_cr，根据上述计算公式，带入相关参数具体数值，通过计算得到浅埋圆形隧道上半断面施工过程中拱顶上覆地层保持稳定的临界厚度值h_cr；步骤5：隧道施工期间地面坍塌与否的预测判断，比较隧道拱顶上覆地层实际厚度值h_ar和隧道拱顶上覆地层临界厚度值h_cr，若h_ar < h_cr，则隧道施工期间不采取有效措施将极易发生地面坍塌，反之则一般不会发生地面坍塌。