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用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法及系统技术方案

技术编号:19385864 阅读:44 留言:0更新日期:2018-11-10 00:56
本发明专利技术公开了一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法及系统,该分区检测方法包括:接收第一数据,第一数据包括:围岩级别、交叉净距、交叉角度、围岩软硬比及围岩软硬界面的倾角;根据第一数据得出已建第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;将计算得出的待检测位置处的地震动力响应程度代数值与预先存储的分区基准值进行比较,确定待检测位置的分区等级。本发明专利技术可以实现在既有隧道附近,设计或建造下穿或上跨的新建隧道时,提前预测或分析因新建隧道带来的对已建隧道地震动力响应风险的改变,明确其影响程度,估算出其可能的影响区域范围。

Detection method and system for influence zoning of seismic response of stereo intersection tunnel

The invention discloses a detection method and system for the influence zoning of seismic dynamic response of a three-dimensional intersection tunnel. The detection method of the zoning includes: receiving the first data, the first data includes: surrounding rock grade, cross net distance, cross angle, soft-hard ratio of surrounding rock and dip angle of the soft-hard interface of surrounding rock; and obtaining the results from the first data. The algebraic value of the seismic dynamic response degree at the location to be detected in the first tunnel is constructed. The calculated algebraic value of the seismic dynamic response degree at the location to be detected is compared with the pre-stored zoning datum value to determine the zoning grade of the location to be detected. The invention can predict or analyze in advance the change of seismic response risk of existing tunnels caused by new tunnels in the vicinity of existing tunnels when designing or constructing new tunnels with underpass or overpass, clarify its influence degree and estimate its possible influence area.

【技术实现步骤摘要】
用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法及系统
本专利技术涉及隧道施工领域,特别是一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法及系统。
技术介绍
与单孔、多孔平行隧道相比,立体交叉隧道的结构受力、围岩变形等影响施工安全和运营期结构稳定的问题更为复杂,这也促使广大学者针对立体交叉隧道的施工力学行为等问题开展了较多的研究工作。如,专利[ZL201410004775.6]、[ZL201410005078.2]、[ZL201410004729.6]、[ZL201410004817.6]、[ZL201410005077.8]就分别针对立体交叉隧道的施工监控量测技术、考虑施工开挖静力卸载效应、施工爆破地震动效应以及运营期列车震动效应的相互影响程度开展了具体研究,提出了相应的应用技术和影响分区方法,为立体交叉隧道的施工工法、支护结构设计提供了一定的指导和参考。但纵观这些既有成果,其主要是针对施工阶段,对运营阶段仅仅是考虑了列车荷载的作用,没有考虑偶发性地震效应。其主要原因为,在以往,相对于地面结构,人们普遍认为地下结构为耐震结构,这种认识上的不足直接导致对地下结构的抗减震理论、方法和处治技术等方面的研究均极少。事实并非如此,无论是20世界90年代的阪神地震,还是本世纪发生在我国的汶川地震,震后现场调查均表明,在强震作用下,隧道结构也会发生较为严重的破坏或损毁。而对于立体交叉隧道,由于结构的特殊性,地震波在交叉隧道结构间传播时,将产生入射、反射、绕射等多种更为复杂的地震激振,形成更为明显的叠加效应,一旦遭遇偶发性地震荷载,特别是在高烈度地震区,其动力响应特性将更加复杂和不可预测,其损毁的风险将比常规的单体隧道更大。因此,在既有隧道附近,设计或建造下穿或上跨的新建隧道(与已建隧道形成立体交叉隧道结构)时,提前预测或分析因新建隧道带来的对已建隧道地震动力风险的改变,明确其影响程度,估算出其可能的影响区域范围尤为必要,以直接指导新建隧道的选址、立交方式(下穿或上跨)以及结构设计等。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是,提供一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法及系统,解决现有技术中交叉隧道建造前无法对地震荷载作用下立体交叉隧道的相互影响程度进行估算的技术问题。本专利技术所采用的的技术方案是:一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法,立体交叉隧道包括已建的第一隧道及与所述第一隧道间隔且交叉施工的新建的第二隧道;该方法包括以下步骤:1)接收第一数据,所述第一数据包括:围岩级别、交叉净距、交叉角度、围岩软硬比及围岩软硬界面的倾角;其中,所述围岩级别取所述已建的第一隧道所处地层的围岩级别;所述交叉净距为所述第一隧道上待检测位置处,所述第一隧道与所述第二隧道相邻外壁间的距离;所述交叉角度为所述第一隧道及所述第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角;所述围岩软硬比为所述第一隧道待检测处所处围岩与所述第二隧道交叉中心处围岩的弹性模量之比;所述围岩软硬界面的倾角为软硬地层分界面的倾角;2)根据所述第一数据,得出所述第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;3)将计算得出的所述待检测位置处的地震动力响应程度代数值与预先存储的分区基准值进行比较,确定所述待检测位置的分区等级。步骤1)中,所述交叉净距H的计算公式为:其中,L为所述第一隧道上待检测位置处距所述第一隧道与所述第二隧道交叉点的距离,单位为米;△H为所述第一隧道与所述第二隧道交叉点处的高程差,单位为米;θ为交叉角度,单位为度;D1为所述第一隧道的开挖洞径,单位为米;D2为所述第二隧道的开挖洞径,单位为米。步骤2)中,地震动力响应程度代数值的计算公式如下:其中,ησ为第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;H为交叉净距;θ为交叉角度;λ为围岩软硬比;α为软硬截面倾角。所述预先存储的分区基准值包括第一分区基准值、第二分区基准值及第三分区基准值,并根据所述已建第一隧道的结构服役状态及所述已建第一隧道所处的地层围岩级别进行取值;其中:当所述已建第一隧道的结构服役状态为健康状态时,所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅲ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.50,所述第二分区基准值取0.50≤[ησ]<0.73,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.73;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅳ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.40,所述第二分区基准值取0.40≤[ησ]<0.60,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.60;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅴ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.31,所述第二分区基准值取0.31≤[ησ]<0.47,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.47;当所述已建第一隧道的结构服役状态为损伤状态时,所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅲ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.23,所述第二分区基准值取0.23≤[ησ]<0.36,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.36;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅳ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.18,所述第二分区基准值取0.18≤[ησ]<0.28,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.28;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅴ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.13,所述第二分区基准值取0.13≤[ησ]<0.21,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.21。相应地,本专利技术还提供了一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测系统,其包括:接收单元,用于接收第一数据,所述第一数据包括:围岩级别、交叉净距、交叉角度、围岩软硬比及围岩软硬界面的倾角;其中,所述围岩级别取所述已建的第一隧道所处地层的围岩级别;所述交叉净距为所述第一隧道上待检测位置处,所述第一隧道与所述第二隧道相邻外壁间的距离;所述交叉角度为所述第一隧道及所述第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角;所述围岩软硬比为所述第一隧道待检测处所处围岩与所述第二隧道交叉中心处围岩的弹性模量之比;所述围岩软硬界面的倾角为软硬地层分界面的倾角;计算单元,用于根据所述第一数据,得出所述第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;比较判断单元,用于将计算得出的所述待检测位置处的地震动力响应程度代数值与预先存储的分区基准值进行比较,确定所述待检测位置的分区等级。所述接收单元中,交叉净距的计算公式为:其中,L为所述第一隧道上待检测位置处距所述第一隧道与所述第二隧道交叉点的距离,单位为米;△H为所述第一隧道与所述第二隧道交叉点处的高程差,单位为米;θ为交叉角度,单位为度;D1为所述第一隧道的开挖洞径,单位为米;D2为所述第二隧道的开挖洞径,单位为米。所述计算单元中,地震动力响应程度代数值的计算公式如下:其中,ησ为第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;H为交叉净距;θ为交叉角度;λ为围岩软硬比;α为软硬截面倾角。所述比较判断单元中,所述预先存储的分区基准值包括第一分区基准值、第二分区基准值及第三分区基准值,并根据所述已建第一隧道的结构服役状态及所述已建第本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法,立体交叉隧道包括已建的第一隧道及与所述第一隧道间隔且交叉施工的新建的第二隧道;其特征在于,该方法包括以下步骤:1)接收第一数据,所述第一数据包括:围岩级别、交叉净距、交叉角度、围岩软硬比及围岩软硬界面的倾角;其中,所述围岩级别取所述已建的第一隧道所处地层的围岩级别;所述交叉净距为所述第一隧道上待检测位置处,所述第一隧道与所述第二隧道相邻外壁间的距离;所述交叉角度为所述第一隧道及所述第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角;所述围岩软硬比为所述第一隧道待检测处所处围岩与所述第二隧道交叉中心处围岩的弹性模量之比;所述围岩软硬界面的倾角为软硬地层分界面的倾角;2)根据所述第一数据,得出所述第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;3)将计算得出的所述待检测位置处的地震动力响应程度代数值与预先存储的分区基准值进行比较,确定所述待检测位置的分区等级。

【技术特征摘要】
1.一种用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法,立体交叉隧道包括已建的第一隧道及与所述第一隧道间隔且交叉施工的新建的第二隧道;其特征在于,该方法包括以下步骤:1)接收第一数据,所述第一数据包括:围岩级别、交叉净距、交叉角度、围岩软硬比及围岩软硬界面的倾角;其中,所述围岩级别取所述已建的第一隧道所处地层的围岩级别;所述交叉净距为所述第一隧道上待检测位置处,所述第一隧道与所述第二隧道相邻外壁间的距离;所述交叉角度为所述第一隧道及所述第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角;所述围岩软硬比为所述第一隧道待检测处所处围岩与所述第二隧道交叉中心处围岩的弹性模量之比;所述围岩软硬界面的倾角为软硬地层分界面的倾角;2)根据所述第一数据,得出所述第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;3)将计算得出的所述待检测位置处的地震动力响应程度代数值与预先存储的分区基准值进行比较,确定所述待检测位置的分区等级。2.根据权利要求1所述的用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法,其特征在于,步骤1)中,所述交叉净距H的计算公式为:其中,L为所述第一隧道上待检测位置处距所述第一隧道与所述第二隧道交叉点的距离,单位为米;△H为所述第一隧道与所述第二隧道交叉点处的高程差,单位为米;θ为交叉角度,单位为度;D1为所述第一隧道的开挖洞径,单位为米;D2为所述第二隧道的开挖洞径,单位为米。3.根据权利要求1所述的用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法,其特征在于,步骤2)中,地震动力响应程度代数值的计算公式如下:其中,ησ为第一隧道上待检测位置处的地震动力响应程度代数值;H为交叉净距;θ为交叉角度;λ为围岩软硬比;α为软硬截面倾角。4.根据权利要求1所述的用于立体交叉隧道地震动力响应影响分区的检测方法,其特征在于,所述预先存储的分区基准值包括第一分区基准值、第二分区基准值及第三分区基准值,并根据所述已建第一隧道的结构服役状态及所述已建第一隧道所处的地层围岩级别进行取值;其中:当所述已建第一隧道的结构服役状态为健康状态时,所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅲ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.50,所述第二分区基准值取0.50≤[ησ]<0.73,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.73;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅳ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.40,所述第二分区基准值取0.40≤[ησ]<0.60,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.60;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅴ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.31,所述第二分区基准值取0.31≤[ησ]<0.47,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.47;当所述已建第一隧道的结构服役状态为损伤状态时,所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅲ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.23,所述第二分区基准值取0.23≤[ησ]<0.36,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.36;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅳ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.18,所述第二分区基准值取0.18≤[ησ]<0.28,所述第三分区基准值取[ησ]≥0.28;所述已建第一隧道所处的地层围岩级别为Ⅴ级:所述第一分区基准值取[ησ]<0.13,所述第二分区基准值取0.13≤[ησ]<0.21,所述第三分区基准值取[...

【专利技术属性】
技术研发人员:雷明锋华成亚刘聪施成华李玉峰
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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