[发明专利]一种盾构隧道施工引起建筑物沉降的计算方法

摘要

本发明提供一种盾构隧道施工引起建筑物沉降的计算方法，包括以下步骤在不考虑建筑物，先对盾构隧道施工引起的地表沉降进行计算，计算出建筑物所在处以及其周围一定范围内各点的位移；通过温克尔弹性地基梁地基反力的计算；绘制出考虑建筑物时的地表沉降曲线；将计算出的不考虑建筑物时的地表沉降与计算出的考虑建筑物时的地表沉降绘制在同一张图上，可知本发明方法对于考虑建筑物的刚度对盾构隧道引起的建筑物沉降的影响反映在了计算出的地表沉降计算结果中；将上述计算结果与沉降基准相比较可以判断建筑物的安全性；因此，本发明用于预测出建筑物在盾构隧道开挖的影响下的附加沉降量，对建筑物的安全评估有着重要的意义。

主权项

一种盾构隧道施工引起建筑物沉降的计算方法，其特征在于，包括以下5个步骤：步骤1：不考虑建筑物，先对盾构隧道施工引起的地表沉降进行计算，计算出建筑物所在处以及其周围一定范围内各点的位移；采用统一土体移动模型解对盾构施工引起的地表沉降进行计算，该计算方法采用两圆相切的土体损失模型，隧道周围土体的移动焦点在隧道中心点与隧道底部位置之间变动；单线盾构隧道施工引起地表竖向位移的计算公式：Uzsingle=R22·{h-zy2+(h-z)2+h+zy2+(h+z)2-2z[y2-(h+z)2][y2+(h+z)2]2}·4Rg-g24R2·B·exp[y2lnλ(h+R)2+z2(lnλ-lnδ)(h+d)2]---(1)]]> 其中：B=4h[h+d-(h+d)2-η(R+d)2]Rη(R+d);]]>λ=14-gπRη[arcsin(dR-g/2)+1-(dR-g/2)2-1];]]>δ=12-gπR2η(R-g/4)arcsin(dR-g/4);]]>式中:R为隧道开挖半径，单位符号为m；h为隧道轴线离地面的距离，单位符号为m；d为土体移动焦点到隧道中心点的距离，单位符号为m；d＝βR，单位符号为m，其中β为与土质条件有关的计算参数，取值范围为(0，1)；y为距离隧道轴线的横向水平距离,单位符号为m；z为离地面的竖向距离，由地面向下为正,单位符号为m；η为土体损失百分率，无量纲；g为等效土体损失参数，单位符号为mm；假定双线盾构隧道的右侧隧道先开挖，则双线盾构隧道施工引起地表竖向位移的计算公式为：UzDouble=UzSingle(y-L/2,z)+UzSingle(y+L/2+b,z)]]>=R22·{h-z(y-L/2)2+(h-z)2+h+z(y-L/2)2+(h+z)2-2z[(y-L/2)2-(h+z)2][(y-L/2)2+(h+z)2]2·4Rgf-gf24R2Bfexp[(y-L/2)2lnλf(h+R)2+z2(lnλf-lnδf)(h+df)2]+R22{h-z(y+L/2+b)2+(h-z)2+h+z(y+L/2+b)2+(h+z)2-2z[(y+L/2+b)2-(h+z)2][(y+L/2+b)2+(h+z)2]·4Rgs-gs24R2Bsexp[(y+L/2+b)2lnλs(h+R)2+z2(lnλs-lnδs)(h+ds)2]---(2)]]>式中:R为隧道开挖半径，单位符号为m；h为隧道轴线离地面的距离，单位符号为m；y为距离隧道轴线的横向水平距离,单位符号为m；z为离地面的竖向距离，由地面向下为正,单位符号为m；gf、ηf、df分别为先行隧道的等效土体损失参数、土体损失百分率和土体移动焦点到隧道中心点的距离，ηf为无量纲参数，gf、df单位符号分别为mm，m，gs、ηs、ds分别为后行隧道的等效土体损失参数、土体损失百分率和土体移动焦点到隧道中心点的距离，ηs为无量纲参数，gs、ds单位符号分别为mm，m，λf、δf、Bf分别为先行隧道的计算参数，且满足以下公式：λf=14-gfπRηf[arcsin(dfR-gf/2)+1-(dfR-gf/2)2-1];]]>δf=12-gfπR2ηf(R-gf/4)arcsin(dfR-gf/4);]]>Bf=4h[h+df-(h+df)2-ηf(R+df)2]Rηf(R+df);]]> λs、δs、Bs分别为后行隧道的计算参数，且满足以下公式：λs=14-gsπRηs[arcsin(dsR-gs/2)+1-(dsR-gs/2)2-1];]]>δs=12-gsπR2ηs(R-gs/4)arcsin(dsR-gs/4);]]>Bs=4h[h+ds-(h+ds)2-ηs(R+ds)2]Rηs(R+ds);]]>b为后行隧道引起的土体沉降轴线偏移量，假定偏向先行隧道侧为正，单位符号为m；步骤2：通过温克尔弹性地基梁地基反力的计算公式：F＝kUz  (3)；式中：F——地基反力，单位符号为kN/m；k——基床系数，单位符号为kN/m2；UZ——盾构施工引起的地表竖向位移，单位符号为m；本步骤的目的是将盾构隧道开挖引起的地表沉降转化为沉降反力加在简化成弹性地基梁的建筑物上；步骤3：用MIDAS‑GTS计算时，梁的截面选取为实槽长方形截面，长宽比为1.5:1；基床系数k取为15000kN/m3；将所建梁的模型分为20等份后，建立沉降反力(恒荷载)；利用MIDAS‑GTS软件对沉降反力引起的建筑物沉降进行计算，得出沉降反力引起的建筑物沉降值，并绘制出考虑建筑物时的地表沉降曲线；步骤4：将步骤1计算出的不考虑建筑物时的地表沉降与步骤3计算出的考虑建筑物时的地表沉降绘制在同一张图上，可知该计算方法对于考虑建筑物的刚度对盾构隧道引起的建筑物沉降的影响反映在了步骤3计算出的地表沉降计算结果中；步骤5：将上述计算结果与沉降基准相比较，从而判断建筑物的安全性。