冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法技术

本发明专利技术涉及一种地铁隧道工程技术领域，是一种冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，包括以下步骤第一步：确定隧道开挖引起的地表下沉W(1)；第二步：计算由冻结引起的地面上升W2(X)；第三步：计算冻土融化所导致的地表下沉W3(X)；第四步：利用隧道开挖引起的地表下沉W(1)、冻结引起的地面上升W2(X)和冻土融化所导致的地表下沉W3(X)计算地表各点的最终地表下沉W(X)。本发明专利技术完成了对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降的预测，并综合考虑了围岩稳定、地表建筑物、地下管线等因素，分别确定其允许地表沉降值，并取其最小值作为控制基准值，提高了对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降预测的准确性和可靠性，更有利于为实际施工提供可靠的数据参考。

【技术实现步骤摘要】
冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法
本专利技术涉及一种地铁隧道工程
，是一种冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法。
技术介绍
随着社会的高速发展，城市人口密集，空间拥挤，交通堵塞，开发利用城市地下空间是21世纪城市发展的必经之路，国际上许多学者将21世纪称之为“地下空间开发利用的世纪”，目前在振兴东北和西部大开发的建设浪潮中，高寒地区将会出现越来越多在建或者建成的寒区隧道。寒区多年冻土隧道由于具有特殊的围岩组成，对水和热更为敏感，会产生许多病害。例如由于土层冻结要发生冻胀，引起地面隆起，冻土解冻时融化又会出现融沉，引起地表下沉，从而冻胀及融沉现象会对隧道的施工产生不良影响。各国在建设寒区多年冻土隧道中都曾遇到了严重的病害，建设单位在处治过程中会耗费大量的时间，同时也增加了建设成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术中存在的不能对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降进行预测，不利于实际施工的问题。本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，包括以下步骤：第一步：确定隧道开挖引起的地表下沉W(1)，具体如下：(一)计算距离隧道中心线横向距离x处的地表沉降值SX，计算公式如下式所示：其中，V为隧道开挖单位长度地层损失量；(二)根据地表沉降值计算地表最大沉降值SMAX，计算公式如下式所示：(三)取为地面沉降曲线反弯点与远点的距离，确定沉降槽宽度系数；其中，Φ为土体的内摩擦角，H为隧道拱顶至地表的距离，R为隧道半径；(四)将式(1)带入式(2)，计算隧道开挖引起的地表下沉W(1)；第二步：计算由冻结引起的地面上升W2(X)；第三步：计算冻土融化所导致的地表下沉W3(X)；第四步：利用隧道开挖引起的地表下沉W(1)、冻结引起的地面上升W2(X)和冻土融化所导致的地表下沉W3(X)计算地表各点的最终地表下沉W(X)，计算公式如下W(X)＝W(1)+W2(X)+W3(X)。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述第二步计算由冻结引起的地面各点的隆起W2(X)的具体过程如下：(一)计算冻胀系数ε1，计算公式如下所示：其中：h为岩土的冻结长度；△h为岩土的冻胀量；(二)计算在岩土开挖时，距地表η处的地下单元膨胀体dεdη产生的地表一点单元隆起We(X)，计算公式如下所示：(三)各单元膨胀dεdη引起的地表一点单元隆起We(X)在地表进行叠加，地层冻结引起的地面上升W2(X)如下所示：其中：Ω为冻结区域。上述第三步计算冻土融化所导致的地表下沉W3(X)的具体过程如下：(一)计算冻胀系数ε2，计算公式如下所示：其中：h为冻土的融化层厚度；△h为冻土的稳定融缩量；(二)设定隧道开挖断面为圆形，初始半径为A，隧道建成后半径均匀收缩了△A；地层冻结完成时，冻结环的外半径为R，隧道建成后，冻结完成后地层解冻前冻结环的外半径R3和地层解冻后冻土的径向融缩量△R分别如下所示：R3＝R-ΔA(9)ΔR＝ε2(R3-A)(10)(三)计算冻土融化所导致的地表下沉W3(X)；其中：r1＝R-ΔA-ε2(R-ΔA-A)；r2＝R-ΔA；θ1＝0；θ2＝2π。本专利技术将隧道开挖引起的地表下沉W(1)、冻结引起的地面上升W2(X)和冻土融化所导致的地表下沉W3(X)进行叠加，确定冻土地区地铁隧道施工过程中的最终地表下沉W(X)，从而完成了对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降的预测，并综合考虑了围岩稳定、地表建筑物、地下管线等因素，分别确定其允许地表沉降值，并取其最小值作为控制基准值，提高了对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降预测的准确性和可靠性，更有利于为实际施工提供可靠的数据参考。附图说明附图1为本专利技术的流程图。附图2为本专利技术的单元体膨胀地面隆起示意图。附图3为本专利技术的冻土融沉地表下沉示意图。具体实施方式本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述：实施例1：如附图1、2所示，该冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：确定隧道开挖引起的地表下沉W(1)，具体如下：(一)计算距离隧道中心线横向距离x处的地表沉降值SX，计算公式如下式所示：其中，V为隧道开挖单位长度地层损失量；(二)根据地表沉降值计算地表最大沉降值SMAX，计算公式如下式所示：(三)取为地面沉降曲线反弯点与远点的距离，确定沉降槽宽度系数；其中，Φ为土体的内摩擦角，H为隧道拱顶至地表的距离，R为隧道半径；(四)将式(1)带入式(2)，计算隧道开挖引起的地表下沉W(1)；第二步：计算由冻结引起的地面上升W2(X)；第三步：计算冻土融化所导致的地表下沉W3(X)；第四步：利用隧道开挖引起的地表下沉W(1)、冻结引起的地面上升W2(X)和冻土融化所导致的地表下沉W3(X)计算地表各点的最终地表下沉W(X)，计算公式如下W(X)＝W(1)+W2(X)+W3(X)。根据我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》(TB10108-2002)、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)和《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)，并通过参照国外有关资料及对我国一些工程的实测数据进行统计分析的基础上，确定如表1所示的洞围允许相对位移值，即洞围允许相对收敛值；表1中1)相对位移值是指实测位移值与两侧点距离之比，或拱顶位移值与隧道宽度之比；2)坚硬围岩取小值，软弱围岩取大值。具体实施时，隧道周边任意点的实测相对位移值均应小于规定值，因此当位移速率无明显下降时，实测相对位移值已接近表中规定值，或者当支护混凝土表面已出现明显裂缝时，必须采取补强措施，并改变施工方法；一般收敛管理基准值定为：收敛变形速度3mm/d至4mm/d，最大变形值20mm至50mm；由上可建立如表2所示的国内外地铁工程施工量测数据管理标准对照表，根据此表，本专利技术可将隧道开挖引起的地表下沉W(1)设定为30MM。本专利技术将隧道开挖引起的地表下沉W(1)、冻结引起的地面上升W2(X)和冻土融化所导致的地表下沉W3(X)进行叠加，确定冻土地区地铁隧道施工过程中的最终地表下沉W(X)，从而完成了对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降的预测，并综合考虑了围岩稳定、地表建筑物、地下管线等因素，分别确定其允许地表沉降值，并取其最小值作为控制基准值，提高了对冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降预测的准确性和可靠性，更有利于为实际施工提供可靠的数据参考。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：如图1、2所示，第二步计算由冻结引起的地面各点的隆起W2(X)的具体过程如下：(一)计算冻胀系数ε1，计算公式如下所示：其中：h为岩土的冻结长度；△h为岩土的冻胀量；上述冻胀系数ε1为反映岩土冻胀强弱的指标，它指单位冻胀长度所引起的冻胀增量，本专利技术中表示土体在外观上冻胀位移和变形的强弱。(二)计算在岩土开挖时，距地表η处的地下单元膨胀体dεdη产生的地表一点单元隆起We(X)，计算公式如下所示：这里地层中岩土冻结后产生冻胀，引起岩土体积增大，冻胀作用反应到地表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：确定隧道开挖引起的地表下沉W(1)，具体如下：(一)计算距离隧道中心线横向距离x处的地表沉降值SX，计算公式如下式所示：

【技术特征摘要】
1.一种冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：确定隧道开挖引起的地表下沉W(1)，具体如下：(一)计算距离隧道中心线横向距离x处的地表沉降值SX，计算公式如下式所示：其中，V为隧道开挖单位长度地层损失量；(二)根据地表沉降值计算地表最大沉降值SMAX，计算公式如下式所示：(三)取为地面沉降曲线反弯点与远点的距离，确定沉降槽宽度系数；其中，Φ为土体的内摩擦角，H为隧道拱顶至地表的距离，R为隧道半径；(四)将式(1)带入式(2)，计算隧道开挖引起的地表下沉W(1)；第二步：计算由冻结引起的地面上升W2(X)；第三步：计算冻土融化所导致的地表下沉W3(X)；第四步：利用隧道开挖引起的地表下沉W(1)、冻结引起的地面上升W2(X)和冻土融化所导致的地表下沉W3(X)计算地表各点的最终地表下沉W(X)，计算公式如下W(X)＝W(1)+W2(X)+W3(X)。2.根据权利要求1所述的冻土地区地铁隧道施工引起地表沉降控制值的预测方法，其特征在于第二步计算由冻结引起的地面各点的隆起W2(X)的具体过程如下：(一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙礼超，张壮，徐红，秦拥军，孟宪国，董福龙，王国利，马佳，杨子甲，罗明山，于江，于广明，刘洪源，王建虎，梁芮，王翀，曾宪坤，李影，
申请(专利权)人：乌鲁木齐城市轨道集团有限公司，新疆大学，青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65