一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法,包括以下步骤：确定隧道及基坑位置参数、基坑围护结构的变形参数以及土体的物理力学参数；根据所述隧道及基坑位置参数，获得归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和归一化隧道中心埋深；将所述归一化隧道中心埋深按照数值大小进行分段处理，确定若干待定系数取值；计算邻近已有隧道的横向最大水平位移，完成基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算。本发明专利技术计算精度较高，计算方便，可以在工程中简便地估计基坑开挖引起的隧道变形。工程中简便地估计基坑开挖引起的隧道变形。工程中简便地估计基坑开挖引起的隧道变形。

【技术实现步骤摘要】
一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，尤其涉及一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高，国家城市化进程不断加快，土地被大量规划进行城市建设，然而由于城市土地面积的有限，较多城市的地上空间建设逐渐趋于饱和、稳定。我国为加快城镇化建设，应对城市人口增长，完善城市功能，对城市高层建筑以及地下空间进行了大规模的开发。近年来，我国的基坑工程逐渐向更深、更大、更复杂的方向发展。基坑工程的设计受到现场施工条件、土质条件等多方面的限制，基坑的结构形式也多种多样，基坑与周围土体间存在着显著的相互作用，其影响机理较为复杂，在不同的基坑工程中也存在较大的差异，难以用统一的标准对基坑工程进行分类与控制，因此无法对基坑工程的影响进行较为准确地计算与判断。
[0003]隧道作为地下空间的重要组成部分，其破坏将带来不可估计的经济损失甚至人员伤亡，同时隧道破坏还将对邻近建筑物产生巨大的影响，危及建筑物的使用与安全，因此无论隧道工程施工还是邻近隧道的工程施工，都需要保证隧道的安全，而保证隧道的安全主要在于控制隧道的变形。
[0004]地下工程施工过程中结构的变形受周围土体的影响很大，对于土质条件特殊、较差的情况，需考虑地下结构与周围土体间的相互影响，且对计算精度的要求更高。软土地区的土体具有土质较软、土体强度低、地下水位较高、排水条件差等特点，当进行基坑工程施工时，土体对围护结构约束较弱，基坑的围护结构易发生较大变形，同时基坑外土体随着围护结构变形而发生较大位移，进而导致邻近既有建筑物或构筑物受土体扰动并随之产生变形。若基坑工程周围建有既有隧道，即会导致邻近隧道发生较大变形，容易引发工程事故，甚至对人民生命、物质财产安全造成严重影响。因而在软土地区土质条件下进行基坑施工时需要精确计算基坑及邻近既有隧道结构的变形并严格控制施工质量。现有分析大都基于数值模拟的方法，然而数值模拟计算存在建模相对复杂的问题，数值模型的建立、本构模型的选择及模型计算参数的选取对使用者的专业知识提出了很高的要求。除此之外，数值模拟计算耗时较长，占用大量的计算资源等问题也比较显著。而目前工程实际中尚缺少一种可以直接用于变形计算的工具，因此，获取一种精确、快速地求得基坑开挖导致邻近一侧隧道最大水平变形的计算公式成为了亟待解决的工程问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，解决现有分析依赖数值模拟，分析步骤繁琐，计算量大的问题，对基坑开挖对邻近隧道变形影响进行了有限元分析，获取了影响隧道横向变形的主要因素，本专利技术的计算方法具有精度较高，计算方便等优势，可以在工程中简便地估计基坑开挖引起的隧道变形。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，包括以下步骤：
[0007]确定隧道及基坑位置参数、基坑围护结构的变形参数以及土体的物理力学参数；
[0008]根据所述隧道及基坑位置参数，获得归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和归一化隧道中心埋深；
[0009]将所述归一化隧道中心埋深按照数值大小进行分段处理，确定若干待定系数取值；
[0010]计算邻近已有隧道的横向最大水平位移，完成基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算。
[0011]可选的，所述隧道及基坑位置参数包括隧道中心埋深、隧道中心至基坑围护结构的水平距离、基坑开挖深度；
[0012]所述土体的物理力学参数包括土体的重度、有效粘聚力、有效摩擦角、剪切刚度、孔隙比；
[0013]所述基坑围护结构的变形参数包括基坑围护结构的最大水平位移。
[0014]可选的，根据所述隧道及基坑位置参数，获得归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和归一化隧道中心埋深的方法具体包括：
[0015]将所述隧道中心埋深和所述隧道中心至基坑围护结构的水平距离进行无量纲化处理，获得所述归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和所述归一化隧道中心埋深。
[0016]可选的，将所述隧道中心埋深和所述隧道中心至基坑围护结构的水平距离进行无量纲化处理的方法具体包括：
[0017]所述隧道中心埋深和所述隧道中心至基坑围护结构的水平距离分别除以所述基坑开挖深度。
[0018]可选的，将所述归一化隧道中心埋深按照数值大小进行分段处理，确定若干待定系数取值的方法具体包括：
[0019]将所述归一化隧道中心埋深按照数值大小分成三段，获得数值分段范围，将所述数值分段范围通过查询参数取值表，确定若干待定系数取值。
[0020]可选的，所述数值分段范围包括第一段数值范围、第二段数值范围和第三段数值范围；其中第一段数值范围为所述归一化隧道中心埋深的数值小于1，所述第二段数值范围为所述归一化隧道中心埋深的数值不小于1且不大于1.5，所述第三段数值范围为所述归一化隧道中心埋深的数值大于1.5且小于3.75。
[0021]可选的，计算邻近隧道的横向最大水平位移，完成基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算，计算如下：
[0022][0023]其中，L为隧道中心至基坑围护结构的水平距离，D为隧道中心埋深，H为基坑开挖深度，δ
hmax
为基坑围护结构的最大水平位移，h
sd
为邻近隧道的横向最大水平位移，α1～α
10
为待定系数，L'为归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离，D'为归一化隧道中心埋深。
[0024]本专利技术技术效果：本专利技术公开了一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，主要针对现有对邻近开挖基坑的变形分析主要依赖数值模拟，而数值模拟存在建模相
对复杂，分析步骤繁琐，计算量大，本构模型的选择及模型计算参数的选取要求较高的缺点，所提出的半经验公式可以很好地反映各变量对隧道最大水平变形的影响，经过将公式计算值与数值模拟结果及工程实测进行对比验证，可以看出该公式具有较高的精度及工程适用性，且在一定程度上简化了建模的复杂性，在工程前期进行隧道变形的预测上更为简便。该方法对于在软土地区以及临海地区的基坑工程在邻近隧道时的监测与分析十分有利，极大简化了操作步骤，弥补了现有邻近开挖基坑隧道变形分析中缺少直接计算手段的不足。本专利技术计算方法具有计算成本低，针对性强，理论可靠，结果合理，简单易行，适用性强，设计方案经济性好的优点。
附图说明
[0025]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0026]图1为本专利技术实施例基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法的流程示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例近隧道开挖基坑工程的竖向剖面图。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：确定隧道及基坑位置参数、基坑围护结构的变形参数以及土体的物理力学参数；根据所述隧道及基坑位置参数，获得归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和归一化隧道中心埋深；将所述归一化隧道中心埋深按照数值大小进行分段处理，确定若干待定系数取值；计算邻近已有隧道的横向最大水平位移，完成基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算。2.如权利要求1所述的基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，其特征在于，所述隧道及基坑位置参数包括隧道中心埋深、隧道中心至基坑围护结构的水平距离、基坑开挖深度；所述土体的物理力学参数包括土体的重度、有效粘聚力、有效摩擦角、剪切刚度、孔隙比；所述基坑围护结构的变形参数包括基坑围护结构的最大水平位移。3.如权利要求2所述的基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，其特征在于，根据所述隧道及基坑位置参数，获得归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和归一化隧道中心埋深的方法具体包括：将所述隧道中心埋深和所述隧道中心至基坑围护结构的水平距离进行无量纲化处理，获得所述归一化隧道中心至基坑围护结构的水平距离和所述归一化隧道中心埋深。4.如权利要求3所述的基坑开挖引起邻近隧道横向变形的计算方法，其特征在于，将所述隧道中心埋深和所述隧道中心至基坑围护结构的水平距离进行无量纲化处理的方法具体包括：所述隧道中心埋深和所述隧道中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海祚，夏晨皓，于晓旋，杜一鸣，张宇亭，安晓宇，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：