[發明專利]一種考慮多因素影響的飽和土盾構施工引起的土體變形計算方法

在審

• 申請號: 202010788444.1
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111914335A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 丁智;馮叢烈;張霄;張默爆;董毓慶;虞健剛;何紹衡;黃君彥
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

本發明公開了一種考慮多因素影響的飽和土盾構施工引起的土體變形計算方法，包括：確定飽和土盾構掘進的施工參數；根據所述施工參數確定飽和土盾構掘進過程中各因素的取值，包括刀盤附加推力、盾殼摩擦力、注漿壓力及土體損失率；根據刀盤附加推力考慮了擠土效應的影響、盾殼摩擦力考慮了漿液蔓延及土體軟化的影響、注漿壓力考慮了漿液自重及環向不均勻分布的影響并將其進行分區處理、以及土體損失率考慮了注漿填充的影響，建立飽和土盾構推進受力分析模型；根據所述飽和土盾構推進受力分析模型確定各因素引起的土體變形；將各因素引起的土體變形通過疊加得到飽和土盾構施工引起土體的總變形。

技術領域

本發明屬于地下工程技術領域，涉及一種考慮多因素影響的飽和土盾構施工引起的土體變形計算方法。

背景技術

近年來，盾構法因其施工安全、環保、高效等特點在土地區城市隧道建設中被廣泛應用。然而，盾構施工不可避免的會對周圍土體產生擾動，尤其是在低滲透的飽和土地區，由于其壓縮性大、靈敏度高等特點，土體變形更為明顯。目前，盾構施工引起的土體變形理論計算方法有三種：

1)基于傳統Peck公式的經驗解；

2)基于Mindlin公式的理論解；

3)基于半無限飽和土初值公式的解析解。

依據現有文獻分析，上述三種理論計算方法仍存在較大不足：

1)Peck公式中參數大多依靠經驗取值，具有較大的離散性，其預測結果也只能適用于土質較均勻，施工條件較理想的工程，而現場施工則受到多種因素的影響，因此不能真實反映盾構施工過程中各施工參數引起地表變形的規律；

2)Mindlin解的前提是假設土體為單相介質，但實際土是由三相介質構成，即便是飽和土也由兩相介質組成，且由于飽和土的低滲透、高壓縮、強靈敏度等特點，在土區采用只考慮單相介質的Mindlin解進行地表變形預測會導致結果偏離實測值；

3)丁智等^[1]基于半無限飽和土初值公式，引入飽和土兩相介質的特性，推導出飽和土盾構施工引起的地表變形解，但未考慮到刀盤的擠土效應、盾殼處的漿液蔓延、土體軟化、注漿的不均勻性以及漿液填充對土體損失率的影響，致使結果較實測值偏大；

4)關于刀盤附加推力的研究，現有計算大多取盾構軸線處的實際開挖壓力與該位置的初始土壓力之差，一般假設為20kPa，但其忽略了刀盤在切削土體時會產生一定的擠壓力，導致結果出現了較大的偏差；

5)關于盾殼摩擦力的研究，現有計算大多根據應力狀態理論，求出沿盾殼圓周摩擦力的平均值，或根據工程經驗直接假設為一定值，且沿盾殼均勻分布。實際上，盾構在掘進過程中，因盾殼與土體有明顯的位移，會導致盾殼摩阻力出現軟化特性，且由于盾尾注漿液的流動性，漿液會蔓延出注漿區，致使蔓延區盾殼與周圍土體的摩擦特性發生改變，故盾構摩擦的取值不能僅考慮周圍土體應力及摩擦系數的影響；

6)關于盾尾注漿壓力的研究，現有計算大多取實際注漿壓力與應力釋放后周圍土層的水土壓力之差作為附加注漿壓力值。但在對注漿壓力進行實時監測的過程中，發現盾構上、下部分注漿壓力不同，具體表現為上部注漿壓力小，下部注漿壓力大的特征。而現有關于盾尾注漿壓力的研究，大多將其假設為環向均勻分布，忽略了漿液自重的影響，故由此計算得出的盾尾注漿壓力與實測相差較大；

7)關于土體損失的研究，認為土體損失產生位于刀盤開挖面，因此忽略了注漿填充對土體損失率計算的影響，且尚未考慮到飽和土體兩相介質特性，導致結果遠大于實際值。

文獻：[1]丁智,王凡勇,魏新江,等.飽和土盾構施工引起的三維土體變形及孔隙水壓力研究[J].巖石力學與工程學報,2018,37(9):2189-2199.

發明內容