[發明專利]一種雙孔隧道地層變形預測方法

在審

• 申請號: 201711145855.3
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN108151699A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 王文通;陳壽根;丁華興;田連生;劉建國;李端書;黎心海;章新華;謝俊;吳永照;劉效成;張超
• 申請（專利權）人: 深圳市市政設計研究院有限公司
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 深圳匯智容達專利商標事務所(普通合伙) 44238
• 代理人: 潘中毅;熊賢卿

1.一種雙孔隧道地層變形預測方法，其特征在于，包括下述步驟：

對開挖隧道進行微分處理，得到多個微開挖單元，并基于隨機介質理論，根據所述微開挖單元的埋深計算所述微開挖單元引起的地表沉降值；

基于有限元方法確定開挖隧道的間隙參數，并結合所述間隙參數，對開挖隧道中所有微開挖單元引起的地表沉降值進行積分處理，得到開挖隧道引起的地表沉降值；

將所有開挖隧道引起的地表沉降值進行求和，得到開挖雙孔隧道引起的地表沉降值。

2.根據權利要求1所述的雙孔隧道地層變形預測方法，其特征在于，根據所述微開挖單元的埋深計算所述微開挖單元引起的地表沉降值，包括下述步驟：

建立第一三維直角坐標系，第一三維直角坐標系的坐標原點、X軸以及Y軸均位于地表上，第一三維直角坐標系的Z軸豎直向下，且第一三維直角坐標系的坐標原點位于所述微開挖單元的正上方；

對所述微開挖單元上方的巖體進行微分處理，得到多個微分巖體；

計算微分巖體的沉降值；

將所述微開挖單元上方所有微分巖體的沉降值進行積分處理，得到所述微開挖單元引起的地表沉降值；

其中，根據下述公式計算微分巖體的沉降值：

Ue(x，y)為在第一三維直角坐標系下X軸坐標、Y軸坐標、Z軸坐標分別為x、y、z的微分巖體的沉降值，dε、dζ、dη分別為所述微開挖單元的長寬高；

r(z)為主要影響半徑，r(z)＝(ζ-z)/tanβ，β為地層主要影響角，ζ為所述微開挖單元的埋深。

3.根據權利要求2所述的雙孔隧道地層變形預測方法，其特征在于，所述間隙參數為g，且所述間隙參數根據下述公式計算得到：

g＝Gp+U*3D+k；

其中，Gp為物理間隙，Gp＝2Δ+W，Δ為盾尾壁厚，W為拼裝襯砌空間，U*3D為隧道的開挖面推進引起的等效三維徑向位移，k為施工質量參數，k＝α*Gp，α的取值范圍為0～0.8。

4.根據權利要求3所述的雙孔隧道地層變形預測方法，其特征在于，對開挖隧道中所有微開挖單元引起的地表沉降值進行積分處理，得到開挖隧道引起的地表沉降值，包括下述步驟：

建立第二三維直角坐標系，第二三維直角坐標系的坐標原點、X軸以及Y軸均位于地表上，且X軸與雙孔隧道垂直，Y軸與雙孔隧道平行，第二三維直角坐標系的Z軸豎直向下且距離雙孔隧道的距離相等；

以開挖隧道的斷面中心作為極點，以第二三維直角坐標系中的X軸方向平行的斷面半徑作為極軸建立極坐標系；

通過下述公式計算開挖隧道引起的地表沉降值：

其中，θ為所述微開挖單元在極坐標系下的極角，r為所述微開挖單元在極坐標系下的極徑，dθ為微開挖單元對應的極角微分量；

R為開挖隧道的斷面半徑，g’為開挖隧道的斷面半徑收斂值，x’為開挖隧道的斷面中心在第二三維直角坐標系中的X軸坐標，z’為開挖隧道的斷面中心在第二三維直角坐標系中的Z軸坐標，g’＝g。

5.根據權利要求4所述的雙孔隧道地層變形預測方法，其特征在于，還包括下述步驟：

采集地表沉降位移數據，并利用Powell法編寫用于位移最優反演計算的Matlab程序，進行位移反演分析得到地層主要影響角的正切值和所述間隙參數。