[發明專利]一種考慮空間效應的基坑開挖誘發鄰近隧道變形的計算方法

在審

• 申請號: 202211115359.4
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115391901A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 俞建霖;王成燦;過錦;臧延偉;黃蘇杭;王紫娟;龔曉南;劉長寶
• 申請（專利權）人: 浙江大學;中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;E21D9/14;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種考慮空間效應的基坑開挖誘發鄰近隧道變形的計算方法，該方法步驟如下：(1)確定圍護墻側向變形三維曲線；(2)確定由基坑開挖誘發的圍護墻變形產生的土體卸荷；(3)采用Winkler地基及Timoshenko梁模型確定鄰近隧道變形控制方程；(4)確定各參數以求解鄰近隧道變形。本發明方法可以分析基坑開挖引起鄰近隧道的響應，在基坑開挖前評估隧道的安全性，從而能夠有效避免因基坑開挖引發鄰近隧道損傷的事故。

技術領域

本發明涉及地下結構設計領域，具體涉及一種考慮空間效應的基坑開挖誘發鄰近隧道變形的計算方法。

背景技術

城市地鐵因其巨大的客運量以及較快的運行速度，在緩解城市交通擁堵方面的能力愈發得到體現，因此，保證地鐵安全穩定的運營越來越受到重視。隨著地鐵沿線的商業價值愈發顯著，鄰近地鐵隧道施工的工程案例越來越多，因施工帶來的加載及卸載將會引起鄰近隧道的附加變形及內力，當累計到一定程度時，將導致隧道不同程度的病害，如管片間接頭張開及滲水等，嚴重影響地鐵隧道的安全運營?；娱_挖卸荷會引起坑外土體應力重分布，從而影響鄰近隧道的附加變形及內力，國內外已報道了不少因基坑開挖引發鄰近隧道損傷的事故。因此，有必要研究分析基坑開挖引起鄰近隧道的響應，在基坑開挖前評估隧道的安全性。

針對基坑開挖對周邊環境影響方面的研究方法主要有：數值模型及理論分析等。三維數值模擬可以考慮基坑開挖的空間效應，與實際工況較為符合，但其結果依賴于參數選取的準確性，且建模復雜，計算時間較長；理論解析方法原理清晰，計算耗時少，因此也常常用于基坑開挖對環境影響方面的研究。但現有理論方法對于基坑開挖誘發的卸荷大小均采用應力釋放系數來體現，且應力釋放系數為一固定值。而由于基坑開挖引起的圍護結構變形，坑外土體側向土壓力由靜止土壓力逐漸向主動土壓力變化，其大小與圍護結構變形密切相關；另外，由于基坑開挖的空間效應，坑外土體側向土壓力沿基坑深度及長度方向都不是固定值，其大小由圍護結構變形決定。因此，無法用統一的應力釋放系數去評估整個基坑側壁的卸荷大小，基坑開挖卸荷的大小需結合圍護結構的側向變形計算。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種考慮空間效應的基坑開挖誘發鄰近隧道變形的計算方法。

本發明采用以下技術方案實現：

一種考慮空間效應的基坑開挖誘發鄰近隧道變形的計算方法，包括以下步驟：(1)確定圍護墻側向變形三維曲線；

(2)確定由基坑開挖誘發的圍護墻變形產生的土體卸荷；

(3)采用Winkler地基及Timoshenko梁模型確定鄰近隧道變形控制方程；

(4)確定各參數以求解鄰近隧道變形。

上述技術方案中，進一步地，所述的步驟(1)中，針對基坑圍護墻上某一點(0,y₀,z₀)，其三維變形計算公式如下：

-L/2≤y₀≤L/2,0≤z₀≤H+D

式中，y₀為沿基坑長度方向的坐標，z₀為沿基坑深度方向的坐標，f_max為靠近隧道一側圍護墻的最大變形，H_max為f_max所在位置埋深，H為基坑開挖深度，D為圍護墻插入深度，L為基坑長度。

進一步地，所述的步驟(2)具體為：

建立側向土壓力卸荷與位移的關系：

p_u＝k_u·p_m

p_m＝p₀-p_a