一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法，包括以下步骤：施工初期地层位移的量测；地层损失逆传递函数的拟合；经验公式的修正。本发明专利技术结合现场实测、统计分析方法和经验公式法等研究手段，针对实际工程土质条件和具体隧道施工参数的影响，对地层位移模式的预测进行了探索。本发明专利技术分层考虑了地质条件和施工期地层损失的差异，利用其施工前期采集的位移数据，反分析出不同埋深处的地层沉降槽曲线，得到了更符合该土质条件的曲线参数。本发明专利技术充分考虑了地层损失差异，修正了不同土层中最大位移和沉降槽宽度系数的经验公式并反演出其相关参数，最后基于沉降槽曲线服从高斯分布的假设，得到整个沉降槽位移曲线计算公式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城市地铁隧道工程领域，特别是一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法。
技术介绍
隧道盾构施工引起的地层位移，给地表及地中建构物的安全及正常使用带来了一定的影响，因此如何预测隧道盾构施工引起的地层位移是隧道安全施工的前提。目前关于隧道盾构施工引起的地层位移的研究多集中在地表位移，而关于地表以下地层位移的研究工作相对较少。现有的关于地层位移的计算方法主要有经验公式法和解析方法，其中经验公式法应用较为广泛。经验公式法中主要以peck公式及其扩展公式为主，且其应用前提多基于peck公式的地层损失不变假设，即没有充分考虑不同埋深地层损失的差异及不同土质条件下公式的适用性，使得在利用经验公式对施工期地层位移的预测时存在较大的误差。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种考虑地层损失差异和土质条件影响的、计算更加准确的隧道盾构施工引起地层位移的计算方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法，包括以下步骤：A、施工初期地层位移的量测；施工前期，根据工程资料，选择合适场地，对不同地质条件下的土层进行测点设计，要求测点均匀布设在各土层厚度内；土层交界处，将测点布设在上层或下层内；安置监测仪器，监测施工初期各测点位移；B、地层损失逆传递函数的拟合；同一监测断面上，地表和地中位移具有相同的时程性，当沉降基本稳定时，地表和地中横向沉降槽曲线同时达到稳定；定义任意第k个土层的地层损失逆传递系数ck(z)： c k ( z ) = V k ( z ) V k ( z k - 1 + ) = A k ( z ) A k ( z k - 1 + ) = i k ( z ) S k , m a x ( z ) i k ( z k - 1 + ) S k , max ( z k - 1 + ) - - - ( 1 ) ]]>式中：Vk(z)为第k个土层中埋深z下的地层损失、Ak(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽横断面积，Sk,max(z)为第k个土层中埋深z下的最大位移(mm)、ik(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽宽度系数(m)；Vk(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的地层损失、Ak(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的沉降槽横断面积、Sk,max(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的最大位移、ik(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的沉降槽宽度系数，zk-1为前k-1个土层厚度之和(m)，zk-1+为埋深zk-1处偏下土层k的位置，zk-1-为埋深zk-1处偏上土层k-1位置；所述的地层损失为某一深度位置所在地层沉降槽曲线与该埋深位置水平面所包围的单位长度的沉降槽体积，当沉降槽曲线服从高斯曲线时，计算公式为当为任意曲线时，只需计算出其稳定时沉降槽的横断面积；以下分析是基于沉降槽曲线服从高斯分布。所述的土层k中埋深zk-1处的Vk(zk-1+)、Ak(zk-1+)Sk,max(zk-1+)、ik(zk-1+)等于土层k-1中埋深zk-1处的Vk-1(zk-1-)、Ak-1(zk-1-)、Sk-1,max(zk-1-)、ik-1(zk-1-)。利用采集到的位移数据，通过origin软件进行高斯曲线拟合，从拟合结果中得到沉降槽曲线与坐标轴所包围的面积即等价于地层损失、沉降槽宽度系数和最大位移；基于统计分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、施工初期地层位移的量测；施工前期，根据工程资料，选择合适场地，对不同地质条件下的土层进行测点设计，要求测点均匀布设在各土层厚度内；土层交界处，将测点布设在上层或下层内；安置监测仪器，监测施工初期各测点位移；B、地层损失逆传递函数的拟合；同一监测断面上，地表和地中位移具有相同的时程性，当沉降基本稳定时，地表和地中横向沉降槽曲线同时达到稳定；定义任意第k个土层的地层损失逆传递系数ck(z)：ck(z)=Vk(z)Vk(zk-1+)=Ak(z)Ak(zk-1+)=ik(z)Sk,max(z)ik(zk-1+)Sk,max(zk-1+)---(1)]]>式中：Vk(z)为第k个土层中埋深z下的地层损失、Ak(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽横断面积，Sk,max(z)为第k个土层中埋深z下的最大位移(mm)、ik(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽宽度系数(m)；Vk(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的地层损失、Ak(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的沉降槽横断面积、Sk,max(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的最大位移、ik(zk‑1+)为土层k中埋深zk‑1处的沉降槽宽度系数，zk‑1为前k‑1个土层厚度之和(m)，zk‑1+为埋深zk‑1处偏下土层k的位置，zk‑1‑为埋深zk‑1处偏上土层k‑1位置；所述的地层损失为某一深度位置所在地层沉降槽曲线与该埋深位置水平面所包围的单位长度的沉降槽体积，当沉降槽曲线服从高斯曲线时，计算公式为当为任意曲线时，只需计算出其稳定时沉降槽的横断面积；以下分析是基于沉降槽曲线服从高斯分布；所述的土层k中埋深zk‑1处的Vk(zk‑1+)、Ak(zk‑1+)Sk,max(zk‑1+)、ik(zk‑1+)等于土层k‑1中埋深zk‑1处的Vk‑1(zk‑1‑)、Ak‑1(zk‑1‑)、Sk‑1,max(zk‑1‑)、ik‑1(zk‑1‑)；利用采集到的位移数据，通过origin软件进行高斯曲线拟合，从拟合结果中得到沉降槽曲线与坐标轴所包围的面积即等价于地层损失、沉降槽宽度系数和最大位移；基于统计分析原理，对ck(z)和隧道轴线埋深h和土层埋深z进行统计分析，得到式(2)或式(3)所示的函数关系，拟合的同时亦得到该土质条件下函数式中的参数ak和bk的具体取值；最后利用分段函数叠加的方法，得到整个上覆土层的地层损失逆传递系数函数c(z)；ck=(1-z/h)-ak---(2)]]>ck=ebkz---(3)]]>c(z)=V(z)V(0)=c1(z),z∈(0,z1)c2(z)c1(z1),z∈(z1,z2)··ck(z)Πk=2kck-1(zk-1),z∈(zk-1,h)---(4)]]>C、经验公式的修正；利用步骤B中得到的地层损失逆传递函数c(z)，修正不同埋深处的地层损失，建立地表沉降槽参数和不同埋深处地中沉降槽参数的关系，如公式(5)所示；通过实测位移值，基于式(6)反演出各土层的参数nk，得到具体的适用于各土层的最大位移计算公式；利用叠加原理得到整个上覆土层不同埋深处的最大位移计算公式(7)；结合式(5)得到沉降槽宽度系数的计算公式(8)，最后基于高斯分布曲线，得到沉降槽曲线的预测公式(9)，则在后续施工时，只需监测地表或浅层位移就可实现整个上覆土层中地层位移的预测；i(0)Smax(0)c(z)＝i(z)Smax(z)   (5)Sk,max(z)/Sk,max(zk-1)=(1-z/h)-nk---(6)]]>Smax(z)/Smax(0)=(1-z/h)-n1z∈(0,z1)(1-z/h)-n2(1-z1/h)-n1z∈(z1,z2)··(1-z/h)-nkΠk=2k(1-zk-1/h)-nk-1z∈(zk-1,h)---(7)]]>i(z)=i(0)c(z)Smax(0)Smax(z)---(8)]]>Sz(x)=Smax(z)exp(-x22i2(z))---(9)]]>Smax(0)、i(0)分别为地表沉降槽曲线的最大位移(mm)和沉降槽宽度系数(m)；Smax(z)、i(z)分别为土层埋深z下的沉降槽曲线的最大位移(mm)和沉降槽宽度系数(m)；Sz(x)为土层埋深z处的地层位移曲线(mm)；x为监测点距隧道轴线的水平距离(m)。...

【技术特征摘要】
1.一种隧道盾构施工引起地层位移的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、施工初期地层位移的量测；施工前期，根据工程资料，选择合适场地，对不同地质条件下的土层进行测点设计，要求测点均匀布设在各土层厚度内；土层交界处，将测点布设在上层或下层内；安置监测仪器，监测施工初期各测点位移；B、地层损失逆传递函数的拟合；同一监测断面上，地表和地中位移具有相同的时程性，当沉降基本稳定时，地表和地中横向沉降槽曲线同时达到稳定；定义任意第k个土层的地层损失逆传递系数ck(z)： c k ( z ) = V k ( z ) V k ( z k - 1 + ) = A k ( z ) A k ( z k - 1 + ) = i k ( z ) S k , m a x ( z ) i k ( z k - 1 + ) S k , max ( z k - 1 + ) - - - ( 1 ) ]]>式中：Vk(z)为第k个土层中埋深z下的地层损失、Ak(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽横断面积，Sk,max(z)为第k个土层中埋深z下的最大位移(mm)、ik(z)为第k个土层中埋深z下的沉降槽宽度系数(m)；Vk(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的地层损失、Ak(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的沉降槽横断面积、Sk,max(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的最大位移、ik(zk-1+)为土层k中埋深zk-1处的沉降槽宽度系数，zk-1为前k-1个土层厚度之和(m)，zk-1+为埋深zk-1处偏下土层k的位置，zk-1-为埋深zk-1处偏上土层k-1位置；所述的地层损失为某一深度位置所在地层沉降槽曲线与该埋深位置水平面所包围的单位长度的沉降槽体积，当沉降槽曲线服从高斯曲线时，计算公式为当为任意曲线时，只需计算出其稳定时沉降槽的横断面积；以下分析是基于沉降槽曲线服从高斯分布；所述的土层k中埋深zk-1处的Vk(zk-1+)、Ak(zk-1+)Sk,max(zk-1+)、ik(zk-1+)等于土层k-1中埋深zk-1处的Vk-1(zk-1-)、Ak-1(zk-1-)、Sk-1,max(zk-1-)、ik-1(zk-1-)；利用采集到的位移数据，通过origin软件进行高斯曲线拟合，从拟合结果中得到沉降槽曲线与坐标轴所包围的面积即等价于地层损失、沉降槽宽度系数和最大位移；基于统计分析原理，对ck(z)和隧道轴线埋深h和土层埋深z进行统计分析，得到式(2)或式(3)所示的函数关系，拟合的同时亦得到该土质条件下函数式中的参数ak和bk的具体取值；最后利用分段函数叠加的方法，得到整个上覆土层的地层损失逆传递系数函数c(z)； c k = ( 1 - z / h ) - a k - - - ( 2 ) ]]> c k = e b k z - - - ( 3 ) ]]> c ( z ) = V ( z ) V ( 0 ) = c 1 ( z ) , z ∈ ( 0 , z 1 ) c 2 ( z ) c 1 ( z 1 ) , z ∈ ( z 1 , z 2 ) · · c k ( z ) Π k = 2 k c k - 1 ( z k - 1 ) , z ∈ ( z k - 1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，金慧，张景元，闫帅，何永，常胜涛，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21