[發明專利]基于泥水盾構施工主控參數的地面沉降預測方法

有效

• 申請號: 201710694731.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107515976B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李磊;肖曉春;楊宏燕;凌宇峰;吳惠明;李永
• 申請（專利權）人: 上海隧道工程有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

本發明涉及一種基于泥水盾構施工主控參數的地面沉降預測方法，包括如下步驟：設定盾構施工預測期間；將所述盾構施工預測期間劃分為切口壓力影響階段、盾構通過階段以及盾尾沉降階段；建立預測模型并得到對應所述三個階段的地面沉降量預測曲線表達式；以及根據設計圖紙、勘察報告和盾構施工參數獲得初始變量，結合地面沉降監測數據得到修正的變量值，進而再根據所述地面沉降量預測曲線表達式得到當前掘進環對應所述盾構施工預測期間的地面沉降量預測曲線。本發明利用盾構施工參數預測地面沉降量曲線，簡單易用、可程序化，便于工程施工人員據此調整盾構施工主控參數，及時、有效的控制地面沉降。

技術領域

本發明涉及盾構施工領域，特指一種基于泥水盾構施工主控參數的地面沉降預測方法。

背景技術

盾構掘進造成的地層損失和盾構隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結，是盾構法隧道施工引起地面沉降的主要原因。盾構掘進過程中，地面先后發生地層損失沉降和土體固結沉降，但兩者的形成機理和表現形態卻有著本質區別。從沉降快慢方面講，相比于擾動土體的固結沉降，地層損失沉降的發展速度要快很多。不同類別的土層，其地層損失沉降和固結沉降的快慢也不同。從沉降量大小方面講，地層損失沉降的大小與盾構隧道單位長度的土體損失量有關，而固結沉降的大小取決于盾構施工對土體的擾動程度以及土體的滲透系數、壓縮模量等因素。

現有關于盾構掘進引起的地層損失沉降預測有橫向地面沉降Peck公式和縱向地面沉降Peck修正公式等，基于Peck公式進行地層損失沉降的預測時，地層損失率和地面沉降槽寬度系數是兩個決定性參數，但其取值具有離散型和區域經驗性，且難以直接反映盾構施工主動控制參數對地面沉降量的影響。

雙曲線模型在研究盾構隧道軸線上方地表沉降隨時間的變化關系中應用較為廣泛，如現有技術文獻(“泥水盾構隧道施工引起的地面沉降分析及預測”，林存剛等，土木建筑與環境工程，2012年10月第34卷第5期)泥水盾構隧道施工引起的地面沉降分析及預測中公開了地面固結沉降的雙曲線公式，但雙曲線模型多用于盾構通過后縱向地面長期沉降監測數據的擬合，若要用于土體固結沉降的預測，則雙曲線常數的取值需要深入研究。

中國在先專利(申請公布號為：CN103195435A，發明創造名稱為：一種控制盾構穿越建筑密集區誘發地面沉降的方法)中提出了基于地層損失的盾構隧道地面沉降控制方法，通過建立“盾構施工參數-地層損失-地面沉降”的關系模型，利用數值模擬方法反算設定的地層損失率對應的土艙壓力和注漿量參數，以此作為施工控制的目標。該方法需要建立數值分析模型，不利于工程現場技術人員掌握和應用，而且只分析了地層損失沉降，未涉及土體固結沉降。

綜上所述，基于地層的階段性變形機理及其施工誘因，同時考慮地層損失沉降和土體固結沉降的盾構隧道軸線縱向地面沉降預測，且便于工程施工人員掌握、應用的方法尚處空白。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種基于泥水盾構施工主控參數的地面沉降預測方法，解決現有的Peck公式、雙曲線模型及數值模擬反算方法中存在的未涉及土體固結沉降及不利于工程現場技術人員掌握地面沉降預測的問題，還用于填補同時考慮地層損失沉降和土體固結沉降的盾構隧道軸線縱向地面沉降預測，且便于工程施工人員掌握、應用的方法的空白。

實現上述目的的技術方案是：

本發明提供了一種基于泥水盾構施工主控參數的地面沉降預測方法，包括如下步驟：

設定盾構施工預測期間，所述盾構施工預測期間為從管片脫出盾尾100環處至盾構切口前方一設定距離處；

于所述盾構施工預測期間內建立地面沉降量與管片環號的坐標系；

將所述盾構施工預測期間劃分為切口壓力影響階段、盾構通過階段以及盾尾沉降階段；

建立預測模型并得到對應所述切口壓力影響階段、所述盾構通過階段、以及所述盾尾沉降階段的地面沉降量預測曲線表達式；以及