[發(fā)明專利]一種隧道運營期間蠕變影響下長期沉降的預測方法

在審

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• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN113901567A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 曹平;鄧慧娟;劉京鑠;劉智振;趙慶雄;羅新飏;張子洋;肖峰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06Q10/04;G06F119/14
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

本發(fā)明公開了一種隧道運營期間蠕變影響下長期沉降的預測方法，包括確定列車的動荷載；通過室內單軸和三軸蠕變試驗建立蠕變模型，確定隧道所在巖層的蠕變參數；建立三維有限元模型，進行隧道開挖，得到隧道圍巖的初始沉降值；給隧道道床部位施加列車動荷載，加入巖層的蠕變參數，得到隧道土體的蠕變應變和豎直方向沉降量，并對隧道運營期間的蠕變影響進行預測。本發(fā)明加入了襯砌、道床等對荷載傳遞的影響，同時能夠模擬長期受力情況下蠕變參數對沉降的影響，提高了計算速度和計算精度。

技術領域

本發(fā)明屬于隧道圍巖穩(wěn)定性分析領域，具體涉及一種隧道運營期間蠕變影響下長期沉降的預測方法。

背景技術

隨著城市化水平的快速提高，對城市交通通行能力的要求不斷提高，現有的城市交通通行能力已不能滿足城市化的快速發(fā)展對城市交通通行能力的要求。地鐵技術是一種能有效提高城市通行能力的措施。然而，地鐵一般修建在位于地表以下15m-50m的淺表地層中，淺表地層基本為土層和軟弱巖層。土層和軟弱地層容易發(fā)生沉降和變形，給地鐵隧道的安全性帶來較大的威脅，特別是對于地鐵隧道這類服務期很長的地下工程的危害更大。并且，我國沿海地區(qū)廣泛分布著軟弱土層，充沛的水源浸泡和海水的侵蝕影響，導致地鐵隧道在運營期的長期沉降持續(xù)增長，占總沉降量的比重很大。地鐵隧道在長期運營中的沉降和不均勻沉降均較大，且部分區(qū)段隧道沉降和不均勻沉降一直發(fā)展，沒有趨于收斂。地鐵隧道過大的沉降和不均勻沉降會對隧道結構橫向、縱向受力產生很大影響，大大降低了隧道結構的安全性、耐久性、防水性，較大的縱向不均勻沉降還會增加軌道的不平順度，從而影響乘車舒適度和地鐵的安全運營，若得不到有效的控制將會使隧道陷入從沉降不均勻到結構破壞，再由隧道結構受力不均導致更大的不均勻沉降的惡性循環(huán)。同時地鐵隧道過大的沉降也會導致地上沿線路面發(fā)生沉降、塌陷和裂縫的災害，嚴重影響地面交通行車安全。

對隧道長期沉降問題進行研究，首先對影響地鐵隧道長期沉降的因素進行分析，已有的研究表明，軟土地區(qū)地鐵隧道的長期沉降影響因素主要有以下幾個方面：地鐵行車荷載的影響；地質條件的影響；盾構施工過程的影響；管片局部滲漏的影響；隧道上方地面超載的影響；臨近區(qū)域施工的影響。經過對現有的技術文獻檢索發(fā)現，對列車振動荷載影響的研究主要集中在列車振動荷載對鐵路和高鐵軌道安全性影響，極少部分研究僅集中研究了地鐵列車荷載對臨近建筑的影響，無法預測列車振動荷載對隧道圍巖變形的影響，沒有考慮巖層本身的蠕變力學性質和列車振動荷載耦合作用下預測軟弱巖層隧道圍巖的長期變形和沉降。直接采用現有預測方法計算過程復雜，計算效率低下。并且在實際工況下，現有列車荷載計算無法考慮鋼軌、扣件、隧道襯砌等對荷載傳遞的影響，也無法計算巖層本身的蠕變力學性質，對地鐵隧道在運營期內的變形量和沉降量的預測不精準。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種隧道運營期間蠕變影響下長期沉降的預測方法，該方法能夠精準高效地預測隧道運營期間蠕變影響下的變形量和沉降量。

本發(fā)明提供的這種隧道運營期間蠕變影響下長期沉降的預測方法，包括如下步驟：

S1.確定列車的動荷載；

S2.通過室內單軸和三軸蠕變試驗建立蠕變模型，確定隧道所在巖層的蠕變參數；

S3.建立三維有限元模型，得到隧道圍巖的初始沉降值；

S4.給隧道道床部位施加列車動荷載，加入巖層的蠕變參數，得到隧道土體的蠕變應變和豎直方向沉降量，并對隧道運營期間的蠕變影響進行預測。

所述的步驟S1，包括采用激振力函數來模擬列車荷載，列車荷載由靜荷載和震動載荷組成，具體為：

F(t)＝k(p₀+p_isin(ω_it))