一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法技术

本发明专利技术属于地下工程技术领域,具体涉及一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，本发明专利技术提供一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，包括以下步骤：第一步、查阅设计资料，获取隧道结构信息；查阅地质勘察资料，获取地下水和地层信息,第二步、采用数值模拟软件建立双线隧道施工的有限元分析模型,第三步、依据现场施工工序模拟隧道开挖，设置两条隧道的地层损失率分别在一定范围内变化，通过进行有线组的数值模拟得出双线隧道施工地表最大沉降量与地层损失率之间的对应关系，采用线性插值的方法即可计算得到双线隧道施工任意断面的地表最大沉降量，计算过程方便快捷。

A Method for Calculating the Maximum Surface Settlement Caused by Double-Line Tunnel Construction

【技术实现步骤摘要】
一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法
本专利技术涉及地下工程
，具体地，涉及一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法。
技术介绍
随着我国地下工程的不断发展，大量的隧道工程正在建设。隧道施工引起的地表沉降问题一直以来是人们关注的重点，对地表最大沉降量的监测和控制是隧道施工中环境保护的关键之一。目前，隧道施工通常采用跟踪监测的方案对地表沉降进行监测，即在隧道开挖面前后一定范围内(如开挖面前后各50m)对地表高程的变化进行监测。在单线隧道施工中这种监测方案行之有效，然而在先后施工的双线隧道工程中，先施工隧道除了在其上方引起地表沉降外，还会在后施工隧道上方引起地表沉降，双线隧道施工引起的地表沉降实际上是两条隧道影响效应的叠加。当两条隧道距离较近时，地表最大沉降量往往发生在两条隧道的中间位置，直接采用跟踪监测提供的监测数据尚不能反映这一实际的地表最大沉降量。因此，有必要基于现有的监测方案和数据，提供一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法。对现有技术文件检索，尚未发现基于现有的监测方案和数据对双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法的描述。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，克服了以往直接采用现有监测方案提供的监测数据不能准确反映双线隧道施工引起的地表最大沉降量的缺点，给出具体计算方法与步骤，实现双线隧道施工引起地表最大沉降量的确定。为实现以上目的，本专利技术提供一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，包括以下步骤：第一步、查阅设计资料，获取隧道结构信息；查阅地质勘察资料，获取地下水和地层信息。第二步、采用数值模拟软件建立双线隧道施工的有限元分析模型。第三步、依据现场施工工序模拟隧道开挖，设置两条隧道的地层损失率分别在一定范围内变化，得到双线隧道施工引起的地表最大沉降量与两条隧道地层损失率之间的对应关系。第四步、根据隧道施工实测的地表最大沉降量，采用线性插值法确定地层损失率。第五步、根据两条隧道的地层损失率，采用线性插值法确定双线隧道施工地表最大沉降量。优选地，第一步中，所述设计资料是指正式的隧道结构设计蓝图。优选地，第一步中，所述隧道结构信息包括隧道直径、隧道埋深、隧道间距以及隧道衬砌参数。更优选地，所述隧道直径是指隧道内径，所述隧道埋深是指隧道中心线处的埋深，所述隧道间距是指两条隧道中心线之间的距离；所述隧道衬砌参数包括隧道衬砌的压缩刚度、抗弯刚度、厚度、重度和泊松比。优选地，第一步中，所述地质勘察资料是指正式的隧道建设场地地质详勘报告。优选地，第一步中，所述地下水信息是指隧道建设场地内的地下水位埋深。优选地，第一步中，所述地层信息包括地层分层厚度以及土体参数。更优选地，所述土体参数包括土体的天然重度、饱和重度、垂直渗透系数、水平渗透系数、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、泊松比和静止侧压力系数。更优选地，所述土体的泊松比与土体的静止侧压力系数之间应满足以下公式：其中：ν为土体的泊松比；K0为土体的静止侧压力系数。优选地，第二步中，所述双线隧道施工的有限元分析模型是指：模型水平方向以两条隧道的中点为中心，范围不小于4倍隧道埋深与1倍隧道间距之和；模型垂直方向范围不小于1倍隧道埋深与2倍隧道直径之和；对模型进行网格划分，输入地下水位、隧道参数和土体参数，并设定模型的初始条件和边界条件。更优选地，所述模型的初始条件为：模型初始地应力平衡，模型初始超静孔隙水压力为零；所述模型的边界条件为：模型两侧边界水平方向位移为零，模型底部边界水平和垂直方向位移为零，模型顶部边界位移不受约束。优选地，第三步中，所述地层损失率是指隧道施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差与竣工隧道体积之间的比值，通过在数值模拟软件中设置隧道体积的收缩率进行模拟。优选地，第三步中，所述地层损失率变化的范围是指：选择n个地层损失率，分别记为R1，R2，R3，……，Rn，相邻两个地层损失率之间差值为α；其中，R1＝0，Ri＝(i-1)α，i＝2，3，……，n。优选地，第三步中，所述双线隧道施工引起的地表最大沉降量与两条隧道地层损失率之间的对应关系通过以下方法得到：模拟隧道开挖过程中，设置两条隧道的地层损失率分别为Ri和Rj(i＝1，2，3，……，n；j＝1，2，3，……，n)，通过数值模拟软件计算得到对应的地表最大沉降量，记为Sij，汇总计算结果，得到如表1所示的对应关系，其中：Sij＝Sji(i＝1，2，3，……，n；j＝1，2，3，……，n)。表1地表最大沉降量(mm)优选地，第四步中，所述确定地层损失率采用的线性插值法是指：已知隧道施工实测地表最大沉降量Sr，查找所述表1中第二行，找到两个相邻的地表最大沉降量S1k和S1(k+1)，使得S1k≤Sr≤S1(k+1)，采用以下公式计算得到地层损失率Rr：其中：Rk为第k个地层损失率，Rk+1为第k+1个地层损失率。采用此方法分别得到两条隧道的地层损失率，记为Rr1、Rr2。优选地，第五步中，所述确定双线隧道施工地表最大沉降量的线性插值法是指：已知两条隧道的地层损失率Rr1、Rr2，查找所述表1第一行，找到两个相邻的地层损失率Rm和Rm+1，使得Rm≤Rr1≤Rm+1，查找所述表1第一列，找到两个相邻的地层损失率Rn和Rn+1，使得Rn≤Rr2≤Rn+1；通过以下公式计算两个辅助地表最大沉降量Sf1和Sf2：双线隧道施工地表最大沉降量S通过以下公式计算得到：与现有技术比较，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术克服了以往直接采用现有监测方案提供的监测数据不能准确反映双线隧道施工引起的地表最大沉降量的缺点，考虑双线隧道施工引起地表沉降的叠加效应，可以准确确定双线隧道施工引起的地表最大沉降量；本专利技术无需改变现有隧道施工地表沉降监测方案，使得已有地表沉降监测数据可以得到有效利用；本专利技术通过进行有限组的数值模拟得出双线隧道施工地表最大沉降量与地层损失率之间的对应关系，采用线性插值的方法即可计算得到双线隧道施工任意断面的地表最大沉降量，计算过程方便快捷。附图说明通过阅读参照以下1-4附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术一实施例双线隧道施工的有限元分析模型图。图2为本专利技术一实施例双线隧道施工中地表最大沉降量与地层损失率关系图。图3为本专利技术一实施例双线隧道工程中隧道1在计算断面处的实测地表沉降分布图。图4本专利技术一实施例双线隧道工程中隧道2在计算断面处的实测地表沉降分布图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本实施例中没有特别说明的内容，参照
技术实现思路
中已经给出的方法进行，此处不再赘述。某隧道工程为双线平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，包括以下步骤：第一步、查阅设计资料，获取隧道结构信息；查阅地质勘察资料，获取地下水和地层信息；第二步、采用数值模拟软件建立双线隧道施工的有限元分析模型；第三步、依据现场施工工序模拟隧道开挖，设置两条隧道的地层损失率分别在一定范围内变化，得到双线隧道施工引起的地表最大沉降量与两条隧道地层损失率之间的对应关系；第四步、根据隧道施工实测的地表最大沉降量，采用线性插值法确定地层损失率；第五步、根据两条隧道的地层损失率，采用线性插值法确定双线隧道施工地表最大沉降量。

【技术特征摘要】
1.一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，包括以下步骤：第一步、查阅设计资料，获取隧道结构信息；查阅地质勘察资料，获取地下水和地层信息；第二步、采用数值模拟软件建立双线隧道施工的有限元分析模型；第三步、依据现场施工工序模拟隧道开挖，设置两条隧道的地层损失率分别在一定范围内变化，得到双线隧道施工引起的地表最大沉降量与两条隧道地层损失率之间的对应关系；第四步、根据隧道施工实测的地表最大沉降量，采用线性插值法确定地层损失率；第五步、根据两条隧道的地层损失率，采用线性插值法确定双线隧道施工地表最大沉降量。2.根据权利要求1所述的一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，其特征在于：第一步中，所述设计资料是指正式的隧道结构设计蓝图，所述隧道结构信息包括隧道直径、隧道埋深、隧道间距以及隧道衬砌参数,所述隧道直径是指隧道内径，所述隧道埋深是指隧道中心线处的埋深，所述隧道间距是指两条隧道中心线之间的距离；所述隧道衬砌参数包括隧道衬砌的压缩刚度、抗弯刚度、厚度、重度和泊松比,第一步中，所述地质勘察资料是指正式的隧道建设场地地质详勘报告，所述地下水信息是指隧道建设场地内的地下水位埋深。3.根据权利要求1所述的一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，其特征在于：第一步中，所述地层信息包括地层分层厚度以及土体参数,所述土体参数包括土体的天然重度、饱和重度、垂直渗透系数、水平渗透系数、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、泊松比和静止侧压力系数。4.根据权利要求1所述的一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，其特征在于：所述土体的泊松比与土体的静止侧压力系数之间应满足以下公式：其中：ν为土体的泊松比；K0为土体的静止侧压力系数。5.根据权利要求1所述的一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，其特征在于：所述双线隧道施工的有限元分析模型是指：模型水平方向以两条隧道的中点为中心，范围不小于4倍隧道埋深与1倍隧道间距之和；模型垂直方向范围不小于1倍隧道埋深与2倍隧道直径之和；对模型进行网格划分，输入地下水位、隧道参数和土体参数，并设定模型的初始条件和边界条件。6.根据权利要求1所述的一种双线隧道施工引起地表最大沉降量的计算方法，其特征在于：所述模型的初始条件为：模型初始地应力平衡，模型初始超静孔隙水压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德骏，
申请(专利权)人：苏交科集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32