一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法，盾构每掘进一环，盾构在掌子面超挖及盾尾脱出管片处制造出建筑空隙，引起地表沉降。选取地表沉降函数，并将地表沉降函数按照盾构隧道管片环宽离散化并累加求和。将盾构每环的施工参数量化，输入到离散后的地表沉降的函数中。将采用地表沉降函数的计算值与地表沉降监测值进行对比、校核。预测地表沉降，给出同步注浆体积及二次注浆体积和位置的参考值。本发明专利技术采用离散变量以数组的形式输入，输入的施工参数客观、精确，计算结果与实际情况更为贴切，另外本发明专利技术同时考虑了同步注浆体积、二次注浆位置及体积，不仅计算预测地表沉降，而且指导确定同步注浆体积、二次注浆位置及体积。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法
本专利技术涉及一种基于盾构施工地表变形预测方法，尤其是基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法，属于盾构施工地表沉降计算

技术介绍
现有技术文献(唐晓武，朱季，刘维，陈仁朋.盾构施工过程中的土体变形研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29(02):417-422.魏纲，张世民，齐静静，姚宁.盾构隧道施工引起的地面变形计算方法研究[J].岩石力学与工程学报，2006(S1):3317-3323.林存刚，张忠苗，吴世明，李宗梁，刘冠水.软土地层盾构隧道施工引起的地面隆陷研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30(12):2583-2592.)计算盾构掘进引起的地表沉降时，采用恒定盾构施工参数，然而现场施工中盾构每掘进一环施工参数是不同的，地层属性也存在差异。对应地表某个特定点，该点沉降受前后十几环以至几十环施工参数的影响，采用恒定的盾构施工参数必然会引起计算误差。中国专利(CN110046470A，一种盾构掘进引起工后地表沉降量的确定方法；CN108985340A，基于双模型融合的盾构施工地面沉降量预测方法；CN103195435A，一种控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法)采用了室内试验、神经网络、数值计算等方法预测地表沉降，计算过程相对复杂不利于现场工程技术人员掌握，没有提到不同环号盾构施工参数差异问题，也没兼顾考虑掌子面超欠挖、盾尾同步注浆和二次注浆及位置对地表沉降的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有盾构施工地表沉降计算考虑的因素单一，技术模型复杂，计算繁冗的问题，提出一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法。该方法的具体实现过程如下：S1、盾构每掘进一环，盾构在掌子面超挖及盾尾脱出管片处制造出建筑空隙，引起地表沉降。盾尾脱出管片处同步注浆及远离盾尾二次注浆控制地表沉降或引起地表隆起。盾构机附加推力、盾体摩擦力和注浆压力引起得地表暂时变形随盾构机远离逐渐消散，最终不影响地表沉降隆起。S2、选取地表沉降函数，并将地表沉降函数按照盾构隧道管片环宽离散化。S2.1、选取地表沉降函数，该地表沉降函数能够描述多个掘进循环掌子面土体超欠挖、盾尾建筑物空隙和注浆对地表沉降隆起的影响，反映掌子面超欠挖、盾尾建筑物空隙和注浆位置对地表特定点的影响；S2.2、将地表沉降函数按照盾构管片环宽即每环盾构掘进距离沿隧道轴线方向逐步离散，并累加求和。S3、将盾构每环的施工参数量化，输入到离散后的地表沉降的函数中。S3.1、盾构施工参数包含盾构机和管片参数、地层参数，每环推进注浆参数，每掘进1环统计1次参数。(1)盾构机和管片参数：盾构机刀盘半径R，管片外半径r，管片宽度S，盾构机长度L；(2)地层参数：管片中心的覆土深度h，土层泊松比v；(3)每环推进注浆参数：出土量Va，推进油缸行程la，渣土的松散系数K1，同步注浆损耗系数K2，二次注浆损耗系数K3，现场同步注浆体积V5，现场二次注浆体积V6，二次注浆距离盾尾的距离L0。S3.2、基于现场统计的盾构施工参数，计算出地层体积损失量：掌子面超欠挖地层体积损失V1、盾尾建筑物空隙地层体积损失V2、盾尾同步注浆体积增加V3和二次注浆地层体积增加V4。S3.3、将统计好的施工参数，以数组的方式输入到离散后的地表沉降函数中。S4、将采用地表沉降函数的计算值与地表沉降监测值进行对比、校核。S5、将修正好参数(渣土的松散系数K1，同步注浆损耗系数K2，二次注浆损耗系数K3)的地表沉降函数指导特定地层施工，预测地表沉降，给出同步注浆体积及二次注浆体积和位置的参考值。与现有技术相比较，本专利技术具有如下技术优势。1、常用的地表沉降计算方法假定变量参数恒定，或者部分恒定。本专利技术采用离散变量以数组的形式输入，输入的施工参数客观、精确，计算结果与实际情况更为贴切。2、将计算过程程序化，盾构掘进1环输入1组参数，数组中第n个数对应第n环的变量参数，参数物理意义明确。比现有的计算软件简单易操作，不需要额外的岩土试验，利于地铁工程师指导现场施工。3、与现有技术相比，本专利技术中同时考虑了同步注浆体积、二次注浆位置及体积，不仅计算预测地表沉降，而且辅助确定同步注浆体积、二次注浆位置及体积。附图说明图1盾构施工软土地层地表沉降预测流程。图2盾构施工过程地层损失位置示意图。图3为计算结果图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法，S1、盾构每掘进一环，盾构在掌子面超挖及盾尾脱出管片处制造出建筑空隙，引起地表沉降。盾尾脱出管片处同步注浆及远离盾尾二次注浆控制地表沉降或引起地表隆起。盾构机附加推力、盾体摩擦力和注浆压力引起得地表暂时变形随盾构机远离逐渐恢复，最终不影响地表沉降隆起。S2、地表特定点的沉降受到前后十几环乃至几十环盾构施工参数的影响。选取应该广泛、准确性高的地表沉降函数，并将地表沉降函数按照盾构隧道管片环宽离散化。S2.1、选取准确描述地表沉降的函数，该函数可以描述多个掘进循环掌子面土体超欠挖、盾尾建筑物空隙和注浆对地表沉降隆起的影响，可以反映掌子面超欠挖、盾尾建筑物空隙和注浆位置对地表特定点的影响(以修正Sagaseta函数为例，不限于此函数)；S2.2、将地表沉降函数按照盾构管片环宽(即每环盾构掘进距离)沿隧道轴线方向逐步离散，并累加求和。S3、将盾构每环的施工参数量化，输入到离散后的地表沉降的函数中。S3.1、盾构施工参数包含盾构机和管片参数、地层参数，每环推进注浆参数，每掘进1环统计1次参数。(1)盾构机和管片参数：盾构机刀盘半径R，管片外半径r，管片宽度S，盾构机长度L；(2)地层参数：管片中心的覆土深度h，土层泊松比v；(3)每环推进注浆参数：出土量Va，推进油缸行程la，渣土的松散系数K1，同步注浆损耗系数K2，二次注浆损耗系数K3，现场同步注浆体积V5，现场二次注浆体积V6，二次注浆距离盾尾的距离L0。S3.2、基于现场统计的盾构施工参数，计算出地层体积损失量：掌子面超欠挖地层体积损失V1、盾尾建筑物空隙地层体积损失V2、盾尾同步注浆体积增加V3和二次注浆地层体积增加V4；S3.3、将统计好的施工参数，以数组的方式输入到离散后的地表沉降函数中。S4、将采用地表沉降函数的计算值与地表沉降监测值进行对比、校核。S5、将修正好参数(渣土的松散系数K1，同步注浆损耗系数K2，二次注浆损耗系数K3)的地表沉降函数指导特定地层施工，预测地表沉降，给出同步注浆体积及二次注浆体积和位置的参考值。盾构机周围土体摩擦力、盾构正面附加力、盾构同步注浆附加压力会引起地层变形，然而盾构施工过后这三种力会逐渐消散，相应引起的地层沉降隆起消失。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法，其特征在于：该方法的具体实现过程如下：/nS1、盾构每掘进一环，盾构在掌子面超挖及盾尾脱出管片处制造出建筑空隙，引起地表沉降；盾尾脱出管片处同步注浆及远离盾尾二次注浆控制地表沉降或引起地表隆起；/nS2、选取地表沉降函数，并将地表沉降函数按照盾构隧道管片环宽离散化；/nS3、将盾构每环的施工参数量化，输入到离散后的地表沉降的函数中；/nS4、将采用地表沉降函数的计算值与地表沉降监测值进行对比、校核；/nS5、将修正好参数即渣土的松散系数K

【技术特征摘要】
1.一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法，其特征在于：该方法的具体实现过程如下：
S1、盾构每掘进一环，盾构在掌子面超挖及盾尾脱出管片处制造出建筑空隙，引起地表沉降；盾尾脱出管片处同步注浆及远离盾尾二次注浆控制地表沉降或引起地表隆起；
S2、选取地表沉降函数，并将地表沉降函数按照盾构隧道管片环宽离散化；
S3、将盾构每环的施工参数量化，输入到离散后的地表沉降的函数中；
S4、将采用地表沉降函数的计算值与地表沉降监测值进行对比、校核；
S5、将修正好参数即渣土的松散系数K1，同步注浆损耗系数K2，二次注浆损耗系数K3的地表沉降函数指导特定地层施工，预测地表沉降，给出同步注浆体积及二次注浆体积和位置的参考值。


2.根据权利要求1所述的一种基于离散变量的软土地层盾构施工地表变形预测方法，其特征在于：S2包括如下步骤，S2.1、选取地表沉降函数，该地表沉降函数能够描述多个掘进循环掌子面土体超欠挖、盾尾建筑物空隙和注浆对地表沉降隆起的影响，反映掌子面超欠挖、盾尾建筑物空隙和注浆位置对地...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔明，赵宗智，孙建平，荆敏，成晓青，朱荣辉，任正刚，刘晓星，裴宏宇，王知远，綦举胜，吕计瑞，邵海龙，石红伟，
申请(专利权)人：中交隧道工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11