[發明專利]一種適用于穿越復合地層隧道的基底荷載計算方法

有效

• 申請號: 201910244842.4
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN110059370B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 肖明清;封坤;李策;孫文昊;鄧朝輝;謝俊
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

本發明公開了一種適用于穿越復合地層隧道的基底荷載計算方法，屬于隧道施工技術領域，其中通過建立穿越復合地層隧道與復合地層之間的滑線場力學模型，根據復合地層軟、硬土層分界線與隧道中心線的位置關系，能準確、快速地確定硬土層中滑移區的寬度，實現穿越復合地層隧道基底荷載的計算。本發明的適用于穿越復合地層隧道的基底荷載計算方法，其推導過程簡單，能有效實現隧道結構穿越復合地層時基底荷載的計算，確保隧道基底荷載的計算結果與實測值更為接近，更加符合隧道位于復合地層中的實際受力狀態，為隧道穿越復合地層時的基底荷載提供了準確可靠的計算方法，保證了隧道的建設和營運安全，科學性強，具有較好的應用前景和推廣價值。

技術領域

本發明屬于隧道施工技術領域，具體涉及一種適用于穿越復合地層隧道的基底荷載計算方法。

背景技術

隨著我國交通隧道大型化、深層化建設的需要，隧道建設斷面增大、埋深增加，隧道施工遭遇復合地層的案例越來越多。例如，我國近年來在長江、珠江流域、東南沿海一帶建設的大量隧道工程中屢屢遭遇上軟下硬復合地層；又如武漢長江隧道，其主要穿越強透水砂層，局部區段穿越地層為軟硬程度差異極大的砂層-泥質粉砂巖復合地層；再如廣深港高鐵獅子洋隧道，先后穿越軟土、軟硬不均復合地層、全斷面風化巖層等。

在隧道結構的設計過程中，圍巖壓力的計算是需要首先考慮的問題。在現有的隧道圍巖壓力計算過程中，采用較多的是修正慣用法，其通常假定隧道結構外周的地層為彈性均質體，并將隧道結構與地層的相互作用過程簡化為如圖9中所示的模型。

上述方法對于穿越普通均質地層區域的隧道而言，能一定程度上滿足圍巖壓力的計算；但是，對于穿越復合地層的隧道，由于不同地層對隧道結構的作用模式存在一定的差異，若依舊采用修正慣用法將復合地層等效簡化為均質地層來進行圍巖荷載的計算，會導致較大設計誤差的產生，造成隧道結構配筋設計失當，影響隧道結構設計的安全性和穩定性。同時，隧道穿越復合地層時，隧道上部往往受軟土層作用，而隧道的中下部通常受硬土層作用，對于復合地層上部的軟土層，通常利用現有的荷載計算方法便可較為準確地實現模擬和計算，例如利用現有專利CN 106529150中所公開的“復合地層盾構隧道拱頂荷載計算方法”，便可一定程度上實現隧道頂部圍巖荷載的模擬計算，得到隧道頂部的豎向土壓力；但是，對于隧道中下部硬土層的荷載計算問題，目前尚無合理的計算方法，使得隧道基底圍巖對隧道結構的作用荷載無法得到較為準確的計算，影響隧道結構圍巖荷載計算的準確性和全面性，造成隧道結構設計存在較大的局限性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求中的一種或者多種，本發明提供了一種適用于穿越復合地層隧道的基底荷載計算方法，其中通過建立穿越復合地層隧道與復合地層之間的滑線場力學模型，根據復合地層軟、硬土層分界線與隧道中心線的位置關系，能準確、快速地確定硬土層中滑移區的寬度，繼而實現隧道基底荷載的計算，使得計算隧道基底荷載的結果與實測值更為接近，更加符合隧道位于復合地層中的實際受力狀態，為隧道穿越復合地層時的基底荷載提供準確可靠的計算方法，保證隧道的建設和營運安全。

為實現上述目的，本發明提供一種適用于穿越復合地層隧道的基底荷載計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：獲取隧道的勘探參數，所述勘探參數包括：隧道頂部與水平地面之間的距離，復合地層中軟土層與硬土層的水平交界線與隧道水平中心線的位置關系，和隧道兩側硬土層的內摩擦角，以及所述硬土層在所述水平交界線處達到塑性極限狀態時的豎向荷載；

S2：根據軟、硬土層水平交界線與隧道水平中心線的位置關系建立復合地層的滑線場力學模型；在該滑線場力學模型中確定剛好與隧道底部相切的曲線，即硬土層的滑移線，所述滑移線包括呈直線的第一滑移線和呈對數螺旋線的第二滑移線，分別對應滑線場中的主動應力區和過渡應力區，兩應力區的交界線為呈直線的第一應力段，該第一應力段的兩端點分別為第一滑移線與第二滑移線的交點和所述水平交界線與隧道圓周的交點；