[發(fā)明專利]曲線型隧道施工時地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的分析方法

有效

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• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112380757B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于廣明;李加輝;王克成;朱向飛;劉玉寶;張博陽;鄭雯
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué);王克成;朱向飛;劉玉寶;張博陽;鄭雯
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 青島匯智海納知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37335
• 代理人: 陳磊

本發(fā)明公開一種曲線型隧道施工時地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的分析方法，用以確定不同線路半徑條件下地表沉降槽峰值點(diǎn)的偏移距離；該方法以曲線型盾構(gòu)隧道引起地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移的現(xiàn)象為基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬的手段，通過擬合不同工況下的計算結(jié)果來確定曲線型隧道線路半徑與地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離之間的函數(shù)關(guān)系，從而提供一種曲線型隧道施工時地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的新型計算方法；本方案考慮曲線型隧道的超挖區(qū)，并以彈性等價替代層來進(jìn)行模擬，從而使模擬條件更加符合現(xiàn)場施工的實際情況，分析結(jié)果更為準(zhǔn)確，為其上覆建筑物不均勻沉降的控制以及地表沉降處理提供依據(jù)，從而保證建筑物的正常使用及隧道的安全施工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及曲線型隧道施工導(dǎo)致地表沉降及建筑物不均勻沉降技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不同線路半徑下，曲線隧道施工引起地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的新型計算方法。

背景技術(shù)

隨著地下交通方式的快速發(fā)展，地鐵隧道的數(shù)量也隨之攀升，但由于我國地鐵項目規(guī)劃建設(shè)較晚，故其通行線路往往會受限于已投入使用或正在建設(shè)的地上和地下建(構(gòu))筑物。在此背景下，設(shè)計中采用小半徑曲線盾構(gòu)施工的方法來解決該問題。但與常規(guī)施工技術(shù)相比，小半徑曲線盾構(gòu)隧道因其復(fù)雜的施工方法而存在一定的特殊問題，如由于曲線型盾構(gòu)隧道卸荷擾動區(qū)的不對稱性，進(jìn)而使得隧道在施工后地表沉降槽峰值出現(xiàn)了一定的偏移，該現(xiàn)象與直線型盾構(gòu)隧道沉降槽峰值出現(xiàn)在軸線正上方的現(xiàn)象相比，呈現(xiàn)出較大的差異性；其次，峰值的偏移必然導(dǎo)致其上覆建筑物不均勻沉降的形式發(fā)生改變，進(jìn)而使得控制措施需要重新選擇，且處理不當(dāng)極易引發(fā)安全事故。

故對于地表沉降峰值點(diǎn)偏移距離的確定就顯得尤為重要，而現(xiàn)有研究大都集中在對沉降峰值偏移的定性分析上，學(xué)者對于曲線型隧道超挖區(qū)的研究大多集中在施工經(jīng)驗中的刀片選擇以及軸線控制上，并沒有對隧道超挖區(qū)厚度引起的地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離進(jìn)行定量分析，且由于地下施工的復(fù)雜性及隱蔽性，并未形成系統(tǒng)的定量分析及策略；所以，目前對于曲線型隧道施工導(dǎo)致的地表沉降峰值偏移距離的分析計算仍是重中之重。為便于對曲線型盾構(gòu)隧道沉降峰值的偏移規(guī)律進(jìn)行定量分析，亟待提出一種新型的沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的分析方法，為上覆建筑物不均勻沉降控制措施的選取提供依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提出一種曲線型隧道施工時地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的分析計算方法，以為上覆建筑物不均勻沉降控制措施的選取提供依據(jù)。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種曲線型隧道施工時地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離的分析方法，包括以下步驟：

步驟1、施工工況確定：設(shè)定曲線型隧道的施工工況，分析得出曲線型隧道的超挖區(qū)厚度，并確定一個初始隧道線路半徑；

步驟2、構(gòu)建數(shù)值模型：以彈性等價替代層模擬隧道的超挖區(qū)，以盡可能符合現(xiàn)場實際的施工條件，并確定有限元三維模型的邊界條件，以便于數(shù)值模型的建立；

步驟3、建立三維模型并進(jìn)行分析：依托步驟1和步驟2設(shè)定的條件建立三維模型，分析得到一組初始隧道線路半徑及其對應(yīng)的地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離；

步驟4、依次改變曲線型隧道的線路半徑，分別得出隧道的線路半徑及其對應(yīng)的地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離；

步驟5、根據(jù)步驟3和步驟4得到的多組數(shù)據(jù)，對隧道的線路半徑與地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離之間的關(guān)系進(jìn)行函數(shù)耦合，得到隧道線路半徑與地表沉降槽峰值點(diǎn)偏移距離之間的關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，設(shè)定曲線型隧道的施工工況主要包括兩個：

(1)計算初始地應(yīng)力，并將該階段計算得出的位移清零，以模擬地層的初始應(yīng)力場，減小模型的計算誤差；

(2)將隧道內(nèi)的開挖土體鈍化，并激活相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)及等價替代層，以模擬曲線型盾構(gòu)隧道的開挖施工。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，超挖區(qū)厚度通過以下方式確定：