[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

本發明公開了一種盾構法施工隧道穿越復合地層的地層損失率確定法，包括如下步驟：劃分盾構隧道施工引起的地層損失；包括盾前地層失、盾中地層損失和盾尾地層損失三部分；加權累積計算盾構隧道穿越合地層時引起的盾前地層損失率：考慮盾殼與管片之間存在必要的建筑隙情況下，計算盾構隧道穿越復合地層時引起的盾尾地層損失；計算盾隧道穿越復合地層時引起的總地層損失率；本發明可快速獲取盾構法施隧道穿越復合地層引起的地層損失率，方法簡便且適用性較強；考慮多因素獲取盾構法施工隧道穿越復合地層引起的地層損失率，提高了地表降的預測準確度。

技術領域

本發明的實施例屬于巖土工程領域，更具體地，涉及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。

背景技術

由于工程地質條件與水文地質條件復雜，在隧道合適埋深上很難存在均勻的土層或巖層，隧道需要穿越不同巖土介質組成的復合地層。與均一地層不同，將開挖斷面范圍內和開挖延伸方向上，由兩種或兩種以上不同地層組成，且這些地層的巖土力學、工程地質和水文地質等特征相差懸殊，定義為復合地層。復合地層的組合方式復雜多樣，但總的來說可分為三大類：一類是在斷面垂直方向上不同地層的組合；一類是在水平方向上地層的不同組合；另一類是上述兩者兼而有之。在隧道開挖垂直斷面內，典型復合地層可表征為上軟下硬和上硬下軟兩種情形。

與均一地層相比，在復合地層中進行隧道施工的難度更大，需要根據不同的復合地層組成形式，及時調整施工工藝和施工參數，針對某些特殊的復合地層，有時甚至可能需要采用一些輔助工法或者特殊施工工藝。復合地層給隧道施工與周邊環境帶來了復雜性、特殊性以及不確定性影響，因此，在預測復合地層隧道施工過程中引起的地表沉降時，應用基于均一地層建立的地表沉降經驗預測公式也就具有明顯的局限性和不適用性。

預測由于隧道施工引起地表沉降的經驗方法，是建立在大量現場實測數據分析的基礎上而發展起來的。在應用過程中，需要確定地層損失率這一重要參數，然而這個參數的選取一般是基于對隧道穿越均一地層的認識和理解，當面對隧道穿越不同組合形式的復合地層時，目前的計算方法就無法直接使用。因此，探討盾構法施工隧道穿越不同組合形式的復合地層，計算和確定相應的地層損失率，對地表沉降的預測尤為重要。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明目的在于提供一種盾構法施工隧道穿越復合地層引起的地層損失率確定方法。

為了實現上述目的，本發明涉及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；

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。

進一步的，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；