[發明專利]一種盾構法施工隧道穿越復合地層的地層損失率確定方法

有效

• 申請號: 202110121911.X
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112836367B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 黃玨皓;陳健;余頌;劉建平;趙永峰;付曉東;易順;盧淵;韋宗科;田寧;吳佳明
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;中鐵大橋勘測設計院集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;E21D9/06;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 胡江

1.一種盾構法施工隧道穿越復合地層的地層損失率確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：劃分盾構隧道施工引起的地層損失；包括盾前地層損失、盾中地層損失和盾尾地層損失三部分；

步驟2：計算盾構隧道穿越復合地層時引起的盾前地層損失率：分別計算處于單一地層的盾前地層損失率，然后加權累積計算總的開挖面盾構隧道穿越復合地層時引起的盾前地層損失率；所述步驟2包括如下步驟：

(2.1)開挖面應力狀態的釋放導致土體產生三維彈塑性變形，并侵入隧道，最終被開挖掉的這部分體積稱作盾前地層損失，盾前地層損失V_f的計算表達式如公式1所示：

式中，R為隧道半徑，為等效間隙；

(2.2)隧道穿越單一地層時，按照公式2～7確定相關系數帶入公式1求取盾前地層損失；

式中：k為一個根據開挖面前方地質條件的不同而選取的無量綱系數，0＜k≤1，k＝1表示開挖面土體在隧道軸向的位移均相等；δ_y為開挖面處無量綱的沿隧道軸向位移；R為隧道半徑；P₀為開挖面上所釋放的應力；E為彈性模量；Ω為無量綱的開挖面土體位移系數；

Ω的取值根據穩定系數N_R來確定：

式中：P_i為開挖面支護力；H為隧道中心線處埋深；γ為土體加權平均重度；c_u為不排水抗剪模量；

根據太沙基筒倉理論，開挖面上所釋放的應力P₀可表示為：

P₀＝k₀P_V+P_w-P_i (7)

式中，k₀為水平土壓力系數；P_V為隧道中心處有效土壓力；P_w為水壓力；

(2.3)引入地層復合比，對復合地層的這種性質進行定量化描述，如公式8所示；

地層復合比是指隧道斷面內不同地層厚度的相對比例即公式8所示，同理，按照此方法可擴展到多種地層組合形式；

式中：λ_n-地層復合比；h_n-隧道截面范圍內穿越不同地層的厚度；D-隧道直徑；

(2.4)計算復合地層盾構隧道施工引起的地層損失率；先按照單一地層考慮，采用公式1～7，分別計算處于單一地層的隧道開挖面地層損失率，然后加權累積計算總的開挖面地層損失率，其中權重即通過公式8確定；

復合地層盾構隧道開挖引起的隧道頂部等效間隙的按公式9計算：

式中下標n代表第n層地層的相應參數；

最后將公式9帶入公式1中即可求得盾構隧道穿越復合地層時引起的盾前地層損失率，即為公式10

步驟3：采用地層厚度加權得到等效地層位移的方法綜合計算盾構隧道穿越復合地層時引起的盾中地層損失；

步驟4：考慮盾殼與管片之間存在必要的建筑空隙情況下，計算盾構隧道穿越復合地層時引起的盾尾地層損失；

步驟5：計算盾構隧道穿越復合地層時引起的總地層損失率。

2.根據權利要求1所述的盾構法施工隧道穿越復合地層的地層損失率確定方法，其特征在于,所述步驟2.2中K的取值具體為：

在盾構機刀盤的限制下，涌入隧道內土體的軸向位移會呈現出中間大、四周小的形態，因此k值可以根據開挖面前方地質條件的不同，選取相應的計算表達式進行計算，即公式4；

式中，q_u為無側限抗壓強度；N為標貫試驗貫入300mm所需錘擊數。