[发明专利]一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法

摘要

本发明公开了一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法，包括以下步骤：施工初期地层位移的量测；地层损失逆传递函数的拟合；经验公式的修正。本发明结合现场实测、统计分析方法和经验公式法等研究手段，针对实际工程土质条件和具体隧道施工参数的影响，对地层位移模式的预测进行了探索。本发明分层考虑了地质条件和施工期地层损失的差异，利用其施工前期采集的位移数据，反分析出不同埋深处的地层沉降槽曲线，得到了更符合该土质条件的曲线参数。本发明充分考虑了地层损失差异，修正了不同土层中最大位移和沉降槽宽度系数的经验公式并反演出其相关参数，最后基于沉降槽曲线服从高斯分布的假设，得到整个沉降槽位移曲线计算公式。

主权项

1.一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、施工初期地层位移的量测；施工前期，根据工程资料，选择合适场地，对不同地质条件下的土层进行测点设计，要求测点均匀布设在各土层厚度内；土层交界处，将测点布设在上层或下层内；安置监测仪器，监测施工初期各测点位移；B、地层损失逆传递函数的拟合；同一监测断面上，地表和地中位移具有相同的时程性，当沉降基本稳定时，地表和地中横向沉降槽曲线同时达到稳定；定义任意第k个土层的地层损失逆传递系数ck(z)：式中：Vk(z)为第k个土层中埋深z下的地层损失；Ak(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽横断面积；Sk,max(z)为第k个土层中埋深z下的最大位移，mm；ik(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽宽度系数，m；Vk(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的地层损失；Ak(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的沉降槽横断面积；Sk,max(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的最大位移；ik(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的沉降槽宽度系数；zk‑1为前k‑1个土层厚度之和，m；zk‑1+为埋深zk‑1处偏下土层k的位置，zk‑1‑为埋深zk‑1处偏上土层k‑1位置；所述的地层损失为某一深度位置所在地层沉降槽曲线与该埋深位置水平面所包围的单位长度的沉降槽体积，当沉降槽曲线服从高斯曲线时，计算公式为当为任意曲线时，只需计算出其稳定时沉降槽的横断面积；以下分析是基于沉降槽曲线服从高斯分布；所述的土层k中埋深zk‑1处的Vk(zk‑1+)、Ak(zk‑1+)、Sk,max(zk‑1+)、ik(zk‑1+)等于土层k‑1中埋深zk‑1处的Vk‑1(zk‑1‑)、Ak‑1(zk‑1‑)、Sk‑1,max(zk‑1‑)、ik‑1(zk‑1‑)；利用采集到的位移数据，通过origin软件进行高斯曲线拟合，从拟合结果中得到沉降槽曲线与坐标轴所包围的面积即等价于地层损失、沉降槽宽度系数和最大位移；基于统计分析原理，对ck(z)和隧道轴线埋深h和土层埋深z进行统计分析，得到不同地质条件下的土层中地层损失逆传递系数ck(z)的函数表达式及对应参数ak和bk的具体取值，如式(2)或式(3)所示；最后利用分段函数叠加的方法，得到整个上覆土层的地层损失逆传递c(z)；C、经验公式的修正；利用步骤B中得到的地层损失逆传递系数c(z)，修正不同埋深处的地层损失，建立地表沉降槽参数和不同埋深处地中沉降槽参数的关系，如公式(5)所示；通过实测位移值，基于式(6)反演出各土层的参数nk，得到具体的适用于各土层的最大位移计算公式；利用叠加原理得到整个上覆土层不同埋深处的最大位移计算公式(7)；结合式(5)得到沉降槽宽度系数的计算公式(8)，最后基于高斯分布曲线，得到沉降槽曲线的预测公式(9)，则在后续施工时，只需监测地表或浅层位移就可实现整个上覆土层中地层位移的预测；i(0)Smax(0)c(z)＝i(z)Smax(z)   (5)Smax(0)、i(0)分别为地表沉降槽曲线的最大位移mm和沉降槽宽度系数m；Smax(z)、i(z)分别为土层埋深z下的沉降槽曲线的最大位移mm和沉降槽宽度系数m；Sz(x)为土层埋深z处的地层位移曲线mm；x为监测点距隧道轴线的水平距离m。