一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法，预测方法包括以下步骤：TBM沿大坡度施工路径掘进开挖隧道，基于三维源汇法理论，得到半无限体内单位体积空隙引起的空间任一点应力增量解答；建立大坡度隧道的三维空间模型，结合大坡度隧道的施工路径，确定TBM在掘进中产生的地层损失百分率，得到大坡度隧道的实际施工间隙；对单位体积空隙在大坡度隧道的实际施工间隙的体积域内进行积分运算，得到由大坡度隧道的实际施工间隙导致的地层应力增量。本发明专利技术的优点是：适用于土体损失间隙为三维空间工况，以沿大坡度路径掘进为例，地层损失百分率为随埋深而变化的非定值，可准确计算三维施工间隙导致周围地层应力场的变化。场的变化。场的变化。

【技术实现步骤摘要】
一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程的
，尤其是一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法。

技术介绍

[0002]TBM掘进机的开挖路径不一定全为水平面内的直线段，同时为了满足场地条件限制，TBM沿大坡度路径上下坡掘进的工况在所难免。在隧道开挖过程中，受地层损失的影响，TBM开挖边界围岩会向隧道中心移动，特别是对于大坡度隧道，地层损失率是随隧道埋深而变化的。在施工过程中，地层损失导致的施工间隙难免会对周围地层造成扰动，目前关于TBM开挖对地层扰动的预测程序计算对象多为平面内的直线隧道，而对于大坡度隧道，特别是地层损失导致地层应力增量的计算程序鲜有报道。因此急需一种可以解决上述问题的TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法，以三维源汇法原理和三重积分原理为基础，结合了大坡度隧道实际三维空间特性，可以准确计算施工间隙引起的地层应力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法，其特征在于，所述预测方法包括以下步骤：(S1)TBM沿大坡度施工路径掘进开挖隧道，基于三维源汇法理论，得到半无限体内单位体积空隙引起的空间任一点应力增量解答；(S2)建立大坡度隧道的三维空间模型，结合所述大坡度隧道的施工路径，确定所述TBM在掘进中产生的地层损失百分率，得到所述大坡度隧道的实际施工间隙；(S3)对所述单位体积空隙在所述大坡度隧道的实际施工间隙的体积域内进行积分运算，得到由所述大坡度隧道的实际施工间隙导致的地层应力增量。2.如权利要求1所述的一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的预测方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系中的坐标原点O、x轴、y轴均位于地表，z轴竖直向下；土体是以地表为边界，只包含其下部分的半无限体，假设土体是无边界的无限体，在无限体内点F(x0,y0,z0)处的单位体积空隙引起点P(x,y,z)处沿坐标轴x、y、z方向的位移分量：量：量：式中：r1＝[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(z
‑
z0)2]
1/2
；点F(x0,y0,z0)的镜像位置处设有点F
′
(x0,y0,
–
z0)，点F
′
(x0,y0,
–
z0)处的单位体积空隙引起点P(x,y,z)处沿坐标轴x、y、z方向的位移分量：式中：r2＝[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(z+z0)2]
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；基于弹性力学基本方程，获得所述单位体积空隙产生的应变及应力解答：
式中：G为地层剪切模量；μ为地层泊松比；所述单...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少华，黄昌富，姚铁军，赵中华，栾焕强，田国文，张帆舸，岳粹洲，
申请(专利权)人：中铁十五局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：