隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法及装置，属于管幕支护领域。该隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法基于随机介质理论和Mindlin解建立考虑地层损失和施工应力的螺旋出土套管顶进工艺单管顶进施工地表沉降计算方法，在单管顶进施工地表沉降计算方法的基础上，引入群管施工地表沉降修正函数形成管幕群管施工地表沉降计算方法。采用提出计算方法分析单管顶进施工和管幕群管施工引起的地表沉降变化及分布规律，提高管幕支护施工地表沉降预测准确性，以供类似工程设计、施工参考。

【技术实现步骤摘要】
隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法及装置
本申请涉及管幕支护领域，具体而言，涉及一种隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法及装置。
技术介绍
城市地下空间建设常受地面交通和建(构)筑物限制，传统的明挖法施工技术难以开展。管幕法作为一种新型地下穿越方法，可在在小型管幕的基础上构筑大跨度、大断面地下工程，能够有效控制地表变形，在城市建筑密集、交通繁忙路段和浅埋大断面的地下工程中得到广泛应用。目前，管幕单管顶进施工引起的地表沉降计算方法有：经验公式法、解析法以及数值模拟等，但对管幕群管施工地表沉降计算方法研究较少，管幕群管间相互作用机理及地表沉降规律尚不清楚。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法及装置，旨在提供一种管幕支护施工地表沉降预测方法，建立基于地层损失和施工应力的螺旋出土套管顶进工艺单管顶进施工地表沉降计算方法，引入群管施工地表沉降修正函数形成管幕群管施工地表沉降计算方法，提高管幕支护施工地表沉降预测准确性，以供类似工程设计、施工参考。第一方面，本实施例提供一种隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法，其特征在于，包括/n根据随机介质理论，确定单元开挖引起的地表沉降；/n基于地层损失区域单元开挖积分叠加确定由地层损失引起的地表沉降；/n将开挖面上的附加应力离散化，每个小微元面上的荷载则视为作用在半无限体内部的一个集中力，运用Mindlin解进行地表沉降计算，并在圆形开挖面上进行积分叠加，确定开挖面应力释放引起的地表沉降；/n将钢管表面的摩擦力离散化，每个小微元面上的荷载视为作用在半无限地层内部的一个集中力，并在钢管表面积分叠加，确定管幕钢管与地层摩擦力引起的地表沉降；/n基于地层损失引起的地表沉降、开挖面应力释放引起的地表沉降、管壁与地层摩擦力引...

【技术特征摘要】
1.一种隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法，其特征在于，包括
根据随机介质理论，确定单元开挖引起的地表沉降；
基于地层损失区域单元开挖积分叠加确定由地层损失引起的地表沉降；
将开挖面上的附加应力离散化，每个小微元面上的荷载则视为作用在半无限体内部的一个集中力，运用Mindlin解进行地表沉降计算，并在圆形开挖面上进行积分叠加，确定开挖面应力释放引起的地表沉降；
将钢管表面的摩擦力离散化，每个小微元面上的荷载视为作用在半无限地层内部的一个集中力，并在钢管表面积分叠加，确定管幕钢管与地层摩擦力引起的地表沉降；
基于地层损失引起的地表沉降、开挖面应力释放引起的地表沉降、管壁与地层摩擦力引起的地表沉降确定单管顶进施工引起的地表沉降；
引入地表沉降修正函数获得第n根钢管顶进施工引起的地表沉降，并对管幕钢管顶进施工引起的地表沉降进行累加，确定顶进完成n根钢管引起的地表沉降。


2.根据权利要求1所述的隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法，其特征在于，根据随机介质理论，确定单元开挖引起的地表沉降，具体为：
对于长度、宽度和厚度均视为无限小的单元开挖根据随机介质理论，单元开挖引起的地表沉降为



式1中：为单元开挖中心坐标；β为取决于上覆地层性质的影响范围角，tanβ＝H/w，i为沉降槽半宽度；



式2中：H为顶管埋深；R为钢管半径；为地层内摩擦角，取加权平均值。


3.根据权利要求2所述的隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法，其特征在于，基于地层损失区域单元开挖积分叠加确定由地层损失引起的地表沉降，具体为：
管幕钢管顶进施工过程中，受开挖钻头切削，开挖面前方及周围土体向管内移动，产生地层损失，地层损失视为钢管顶进施工使半径Rl的圆柱范围内土体塌落至钢管表面，地层损失表示为：
Vs＝πRl2-πR2＝ηπR2(式3)
式3中：R为管幕钢管半径；η为地层损失率；
对地层损失区域单元开挖积分叠加可以得到由地层损失引起的地表沉降为：



式4中：r为开挖面上任意点距开挖面圆心的距离；θ为开挖面圆心至开挖面上任意点连线与z轴的夹角。


4.根据权利要求3所述的隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法，其特征在于，将开挖面上的附加应力离散化，每个小微元面上的荷载则视为作用在半无限体内部的一个集中力，运用Mindlin解进行地表沉降计算，并在圆形开挖面上进行积分叠加，确定开挖面应力释放引起的地表沉降，具体为：
管幕钢管顶进施工过程中开挖面应力得到释放，开挖面法向应力将减小为零，和未受开挖扰动的地层相比，相当于对开挖面施加了与初始水平地应力等大反向的附加应力作用；
开挖面上任意点初始水平地应力为：



式6中：为上覆土体平均重度；K0为静止土压力系数，其中，K0由泊松比确定，
将开挖面上的附加应力离散化，每个小微元面上的荷载都视为作用在半无限体内部的一个集中力，运用Mindlin解进行地表沉降计算，并在圆形开挖面上进行积分叠加，即可求出开挖面应力释放引起的地表沉降：



式7中：M为所求地面点至集中力作用点的距离，


5.根据权利要求4所述的隧道工程管幕支护施工地表沉降预测方法，其特征在于，基于地层损失引起的地表沉降、开挖面应力释放引起的地表沉降、管壁与地层摩擦力引起的地表沉降确定单管顶进施工引起的地表沉降，具体为：
采用螺旋出土套管顶进工艺进行钢管顶进施工，边顶进、边切削，钢管与地层保持紧密接触，视为管幕钢管受到的土压力等于钢管表面位置的初始地应力，极坐标系下钢管与土体接触面的接触压力为：



因此，钢管与地层接触面的摩擦力为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张艺腾，王明年，江帆，肖泽荣，于丽，陈明跃，张建，郑传玲，朱德武，江勇涛，
申请(专利权)人：西南交通大学，福州市市政建设开发有限公司，福州市规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51