一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法技术

本发明专利技术涉及一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法。该方法的工作原理是盾构机施工时，对周围地层产生扰动，导致土颗粒相互错动，产生内部应力和位移，压迫内部孔隙水，导致水压增大，土颗粒产生的内部应力等于水压增长值，基于此，利用动三轴试验得到水压增长峰值和扰动弹性模量，进一步计算得到盾构机施工扰动引起上覆地层变形量。本发明专利技术具有结构简单、流程性强和结果可靠的优点。流程性强和结果可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法


[0001]本专利技术涉及隧道建设领域，具体是一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法。

技术介绍

[0002]在隧道施工方法中，采用盾构机掘进是一种常用的方法，该法施工速度快、安全性高、对周围环境影响相对较小；但施工过程中，也会对周围地层产生一定程度的振动，对上覆土体产生扰动，造成上覆土体出现变形，若变形量过大，影响到地表和地下结构物、构筑物的安全。目前，对于扰动引起上覆土体的变形量，大都采用布设监测点进行实测，实测方法费时费力，尚无可靠的理论进行预测，有鉴于此，本专利技术提出一种盾构机施工扰动引起上覆地层变形量预测方法，具有结构简单、流程性强和结果可靠的优点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，该方法具有结构简单、流程性强和结果可靠的优点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，包括如下步骤：
[0005](1)确定盾构机单次推进工作时长T；
[0006](2)确定地下水位埋深H
w
；
[0007](3)确定盾构机刀盘上覆土体厚度H
s
；
[0008](4)确定地下水位以上土体的重度γ0和地下水位以下土体的重度γ
sat
；
[0009](5)确定盾构机施工过程中地表和盾构机刀盘处地层的振动信号指标；
[0010](6)确定刀盘处土体的水压增长峰值U1；
[0011](7)确定地面以下深度为z处的水压增长峰值U
z
；
[0012](8)确定土体的扰动弹性模量E；
[0013](9)确定出盾构机施工扰动引起上覆地层变形量S。
[0014]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的工作原理是盾构机施工时，对周围地层产生扰动，导致土颗粒相互错动，产生内部应力和位移，压迫内部孔隙水，导致水压增大，土颗粒产生的内部应力等于水压增长值，基于此，利用动三轴试验得到水压增长峰值和扰动弹性模量，进一步计算得到盾构机施工扰动引起上覆地层变形量。
具体实施方式
[0015]下面，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0016]本专利技术一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，包括如下步骤：
[0017](1)确定盾构机单次推进工作时长T。
[0018]根据盾构机施工方案，确定工作时长T。
[0019](2)确定地下水位埋深H
w
。
[0020]根据地质勘察报告，确定地下水位埋深H
w
。
[0021](3)确定盾构机刀盘上覆土体厚度H
s
。
[0022]根据盾构机施工方案，确定刀盘上覆土体厚度H
s
。
[0023](4)确定地下水位以上土体的重度γ0和地下水位以下土体的重度γ
sat
。
[0024]利用地质钻机，在地下水位以上和以下分别取典型土样，运回实验室后利用环刀法分别测试其密度，然后分别乘以重力加速度，得到两者相应的重度。
[0025](5)确定盾构机施工过程中地表和盾构机刀盘处地层的振动信号指标。
[0026]在盾构机刀盘的正上方地面位置和刀盘处土体位置布设振动传感器及信号采集仪，采集盾构机施工过程中在地面产生的振动信号和刀盘处土体产生的振动信号，进一步采用振动信号处理软件，求得两者的振动主频和振幅。其中，地面处的振动主频与刀盘处土体的振动主频相等，均表示为f，地面处的振幅表示为A1，刀盘处土体的振幅表示为A2。
[0027](6)确定刀盘处土体的水压增长峰值U1。
[0028]利用钻探取得的典型原状土样，运回实验室进行动三轴试验，施加的振动频率为f，振幅为A2，围压为σ3，其中，
[0029]σ3＝K0σ2[0030]σ2＝γ0H
w
+(γ
sat
‑
10)(H
s
‑
H
w
)
[0031]其中，K0取0.6。
[0032]测试出试验过程中，水压力增长的峰值，表示为U1。
[0033](7)确定地面以下深度为z处的水压增长峰值U
z
。
[0034][0035]其中，z为自变量，表示深度。
[0036](8)确定土体的扰动弹性模量E。
[0037]利用现场取回的原状土样，进行第二次动三轴试验，施加的振动频率为f，振幅为A，
[0038]A＝0.5(A1+A2)
[0039]围压为σ，
[0040]σ＝0.5σ2[0041]测试最大轴向变形Δl，然后计算出扰动弹性模量E，
[0042][0043]其中，l为原状试验土样的高度，由试验时测量得到。
[0044](9)确定出盾构机施工扰动引起上覆地层变形量S。
[0045][0046]其中，α为经验修正系数，取1.25；β为等效压力系数，取0.75。
[0047]实施案例
[0048]某城市采用盾构机法施工地铁，途经市区城市主干道，上覆地质条件较差，主要为花岗岩风化残积土，为了确定盾构机施工扰动诱发的上覆地层变形量，采用本专利技术的方法进行预测。
[0049]根据盾构机施工方案，确定盾构机单次推进工作时长T为2h。根据地质勘察报告，确定地下水位埋深H
w
为4.2m。根据盾构机施工方案，确定刀盘上覆土体厚度H
s
为25.6m。利用地质钻机，在地下水位以上和以下分别取典型土样，运回实验室后利用环刀法分别测试其密度，然后分别乘以重力加速度，得到地下水位以上土体的重度γ0为18.3kN/m3，地下水位以下土体的重度γ
sat
为19.4kN/m3。在盾构机刀盘的正上方地面位置和刀盘处土体位置布设振动传感器及信号采集仪，采集盾构机施工过程中在地面产生的振动信号和刀盘处土体产生的振动信号，进一步采用振动信号处理软件，求得两者的振动主频和振幅。其中，地面处的振动主频与刀盘处土体的振动主频f为26Hz，地面处的振幅A1为0.17mm，刀盘处土体的振幅A2为3.93mm。
[0050]利用钻探取得的典型原状土样，运回实验室进行动三轴试验，施加的振动频率为26Hz，振幅为3.93mm，围压为σ3为401.78kPa；测试出试验过程中，水压力增长的峰值U1为85.2kPa。
[0051]进一步确定出地面以下深度为z处的水压增长峰值U
z
，表示为U
z
＝3.33z。利用现场取回的原状土样，进行第二次动三轴试验，施加的振动频率为26Hz，振幅A为2.05mm，围压σ为334.82kPa；在动三轴试验里，原状试验土样的高度l为10cm，测试最大轴向变形Δl为0.27cm，然后计算出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定盾构机单次推进工作时长T；(2)确定地下水位埋深H
w
；(3)确定盾构机刀盘上覆土体厚度H
s
；(4)确定地下水位以上土体的重度γ0和地下水位以下土体的重度γ
sat
；(5)确定盾构机施工过程中地表和盾构机刀盘处地层的振动信号指标；(6)确定刀盘处土体的水压增长峰值U1；(7)确定地面以下深度为z处的水压增长峰值U
z
；(8)确定土体的扰动弹性模量E；(9)确定出盾构机施工扰动引起上覆地层变形量S。2.根据权利要求1所述的一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，其特征在于，步骤(1)中，确定盾构机单次推进工作时长的方式为：根据盾构机施工方案，确定工作时长T。3.根据权利要求1所述的一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，其特征在于，步骤(2)中，确定地下水位埋深H
w
的方式为：根据地质勘察报告，确定地下水位埋深H
w
。4.根据权利要求1所述的一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，其特征在于，步骤(3)中，确定盾构机刀盘上覆土体厚度H
s
的方式为：根据盾构机施工方案，确定刀盘上覆土体厚度H
s
。5.根据权利要求1所述的一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，其特征在于，步骤(4)中，确定地下水位以上土体的重度γ0和地下水位以下土体的重度γ
sat
的方式为：利用地质钻机，在地下水位以上和以下分别取典型土样，运回实验室后利用环刀法分别测试其密度，然后分别乘以重力加速度，得到两者相应的重度。6.根据权利要求1所述的一种盾构机施工扰动引起上覆地层压缩量预测方法，其特征在于，步骤(5)中，确定盾构机施工过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗才松，张庭，付朝江，陈华艳，周亦涛，张丙强，詹金武，常方强，王碧珍，林友峰，张泽群，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：