一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法技术

本发明专利技术提供一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，通过根据预设条件，确定参数，并设定隧道半开挖宽度的预设值；基于参数，建立摩尔强度包络线的表达式，并根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，并进一步建立隧道半开挖宽度的表达式，用于计算隧道半开挖宽度的极限值范围，结合各表达式和参数，确定隧道半开挖宽度的极限值范围；最终将预测值与极限值范围进行比较，若属于极限值范围内则认定隧道顶板稳定。根据严谨的数学公式推导，对浅埋盾构隧道的潜在坍塌判据式进行了求解，为预防隧道坍塌提供了精确参考，且提出了简便实用的浅埋隧道顶板极限宽度确定方法，让涉及的参数很容易确定。涉及的参数很容易确定。涉及的参数很容易确定。

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法


[0001]本专利技术涉及岩土与城市地下工程灾害防控
，尤其涉及一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法。

技术介绍

[0002]过去的几十年内，我国有大量地铁及隧道建设，其中地铁工程建设不可避免碰到浅埋地址段。但这也引发了不少隧道(硐室)塌落等事故，隧道塌落多发生于在建隧道，因而很有必要在未开挖前进行稳定性分析，以降低安全事故风险，做到防范于未然，对保证我国经济和社会的可持续发展有着重要的意义。
[0003]就隧道顶板稳定性分析而言，最为关键的问题是确定其开挖宽度。已有专利或其他成果多采用霍克布朗准则对隧道失稳机制进行分析，但是实际工程却很难确定霍克布朗参数，目前该问题仍无法很好解决。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法。
[0005]一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，所述方法包括：根据预设条件，确定盾构围岩具体的参数，并预设隧道半开挖宽度的值为预设值，所述参数包括岩体单轴抗压强度、岩体单轴抗拉强度和岩体容重；根据所述参数，建立摩尔强度包络线的表达式；根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，进一步建立隧道半开挖宽度的表达式；基于所述摩尔强度包络线的表达式和所述广义霍克布朗准则的剪强度表达式，根据所述隧道半开挖宽度的表达式，确定所述隧道半开挖宽度的极限值范围；将隧道半开挖宽度的所述预设值与所述隧道半开挖宽度的极限值范围进行比较，当所述预设值属于所述极限值范围内，则认定隧道顶板稳定。
[0006]在其中一个实施例中，所述摩尔强度包络线的表达式，具体为：
[0007]τ2＝n(σ+σ
t
)；
ꢀꢀꢀ
(1)
[0008]其中，τ表示岩土体的抗剪强度剪应力，σ为正应力，σ
t
为岩体单轴抗拉强度，n为系数，n的表达式如下所示：
[0009][0010]其中，σ
c
为岩体单轴抗压强度。
[0011]在其中一个实施例中，所述广义霍克布朗准则的剪强度表达式，具体为：
[0012]τ＝
±
Aσ
c
[(σ
t
+σ)σ
c
‑1]B
；
ꢀꢀꢀ
(3)
[0013]其中，A，B分别为霍克布朗参数。
[0014]在其中一个实施例中，所述隧道半开挖宽度的表达式，具体为：
[0015]L
u
＝AB
‑
B
(1+B)
B
(γ)
‑1σ
c1
‑
B
σ
tB
；
ꢀꢀꢀ
(4)
[0016]其中，L
u
为隧道半开挖临界宽度，即极限值范围，γ为岩体容重。
[0017]在其中一个实施例中，根据表达式(1)和表达式(3)，可到B＝0.5，故所述表达式(4)为：
[0018][0019]其中，γ＝ρg，ρ为密度，g重力加速度。
[0020]在其中一个实施例中，当B＝0.5时，将所述表达式(1)和所述表达式(3)同时平方，可得：
[0021][0022]在所述表达式(6)的基础上，并结合所述表达式(5)可得隧道半开挖的极限值范围为：
[0023][0024]其中，γ＝ρg，ρ为密度，g重力加速度。
[0025]在其中一个实施例中，所述根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，进一步建立隧道半开挖宽度的表达式，具体为：根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式；基于极限分析原理，根据所述广义霍克布朗准则的剪强度表达式，建立隧道半开挖宽度的表达式。
[0026]在其中一个实施例中，所述将隧道半开挖宽度的所述预设值与所述隧道半开挖宽度的极限值范围进行比较，当所述预设值属于所述极限值范围内，则认定隧道顶板稳定之后，还包括：当所述预设值超出所述极限值范围时，重新设置所述隧道半开挖宽度的预设值，使得所述预设值属于所述极限值范围内。
[0027]本专利技术的有益效果：上述一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，通过根据预设条件，确定参数，并设定隧道半开挖宽度的预设值；基于参数，建立摩尔强度包络线的表达式，并根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，并进一步建立隧道半开挖宽度的表达式，用于计算隧道半开挖宽度的极限值范围，结合各表达式和参数，确定隧道半开挖宽度的极限值范围；最终将预测值与极限值范围进行比较，若属于极限值范围内则认定隧道顶板稳定。根据严谨的数学公式推导，对浅埋盾构隧道的潜在坍塌判据式进行了求解，为预防隧道坍塌提供了精确参考，且提出了简便实用的浅埋隧道顶板极限宽度确定方法，让涉及的参数很容易确定。
附图说明
[0028]图1为一个实施例中一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法的场景模型图；
[0029]图2为一个实施例中一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法的流程示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]本申请提供的一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，可以应用于如图1所示的场景模型图中。其中，1
‑
塌落区；2
‑
矩形隧道；3
‑
圆形隧道；L
u
‑
隧道半开挖临界宽度，即为隧道半开挖的极限值范围；L
‑
隧道实际半开挖宽度，在下文中应为预设值；h为坍塌区高度；xoy为如图所示建立坐标系；f(x)为隧道顶部坍塌曲线；H为隧道埋深，(此处代表矩形隧道埋深)。
[0032]在一个实施例中，如图2所示，提供了一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，包括以下步骤：
[0033]S110根据预设条件，确定盾构围岩具体的参数，并预设隧道半开挖宽度的值为预设值，参数包括岩体单轴抗压强度、岩体单轴抗拉强度和岩体容重。
[0034]具体地，预设条件则是通过施工图纸等资料，确定盾构围岩的具体参数，包括岩体单轴抗压强度σ
c
，岩体单轴抗拉强度σ
t
，岩体容重γ。
[0035]S120根据参数，建立摩尔强度包络线的表达式。
[0036]在一个实施例中，步骤S120中的摩尔强度包络线的表达式，具体为：
[0037]τ2＝n(σ+σ
t
)；
ꢀꢀꢀ
(1)
[0038]其中，τ表示岩土体的抗剪强度剪应力，σ为正应力，σ
t
为岩体单轴抗拉强度，n为系数，n的表达式如下所示：
[0039][0040]其中，σ
c
为岩体单轴抗压强度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，其特征在于，包括：根据预设条件，确定盾构围岩具体的参数，并预设隧道半开挖宽度的值为预设值，所述参数包括岩体单轴抗压强度、岩体单轴抗拉强度和岩体容重；根据所述参数，建立摩尔强度包络线的表达式；根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，进一步建立隧道半开挖宽度的表达式；基于所述摩尔强度包络线的表达式和所述广义霍克布朗准则的剪强度表达式，根据所述隧道半开挖宽度的表达式，确定所述隧道半开挖宽度的极限值范围；将隧道半开挖宽度的所述预设值与所述隧道半开挖宽度的极限值范围进行比较，当所述预设值属于所述极限值范围内，则认定隧道顶板稳定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩尔强度包络线的表达式，具体为：τ2＝n(σ+σ
t
)； (1)其中，τ表示岩土体的抗剪强度剪应力，σ为正应力，σ
t
为岩体单轴抗拉强度，n为系数，n的表达式如下所示：其中，σ
c
为岩体单轴抗压强度。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述广义霍克布朗准则的剪强度表达式，具体为：τ＝
±
Aσ
c
[(σ
t
+σ)σ
c
‑1]
B
； (3)其中，A，B分别为霍克布朗参数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述隧道半开挖宽度的表达式，具体为：L
u...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹勇，衣利伟，唐福源，黄小城，陈秋南，石红兵，李振宇，
申请(专利权)人：中国建筑第五工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：