一種控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法
2023-12-05 21:19:36
專利名稱：一種控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法
技術領域：
本發明屬於隧道施工技術領域，涉及盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法，尤其涉及一種利用控制地層損失控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法。
背景技術：
盾構法施工技術是地鐵建設工程的關鍵技術。盾構法修建城市地鐵已經歷了 100多年的發展，施工技術也日益完善，但工程實踐表明，盾構法修建城市地鐵過程中，無論其埋深大小，都將不可避免地對巖土體產生擾動，引起不同程度的地表移動和變形，這種現象在軟土地層中尤為顯著。此外，在複雜工程、水文地質條件下，因勘察、設計或施工措施不當等造成地面沉陷、隧道湧水、周邊建(構)築物破損、地下管線損害的事故時有發生，造成了重大經濟損失和惡劣的社會影響。事實上，盾構法隧道施工過程非常複雜，單純依靠數學經驗公式和試驗研究難以全面準確地反映盾構施工對周圍環境的影響，無法掌握此類影響的物理力學過程及沉降控制方向，只能用於沉降的預測和事後分析，無法直接指導施工控制過程；數值模擬方法是實現盾構推進誘發地面沉降預測和控制的重要途徑之一，但其在地層損失計算理論及參數確定方法上存在一定問題，有時模型計算參數難以客觀確定，只能在事後「湊數據」來實現對實測成果的擬合，因計算結果的可靠性問題，無法有效指導施工控制。現有的關於隧道地層損失的技術主要是關於離心場中隧道地層損失及注漿模擬控制系統，例如:中國專利CN102168562A離心場中隧道地層損失及注漿模擬控制系統，該系統包括模型箱、隔板、模型組件、操作子系統、離心機、所述的隔板設在模型箱中，將模型箱分成兩部分，為模型側、附件側，模型組件設在模型側中，附件組件設在附件側中。有關利用控制地層損失控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法未見報導。
發明內容
為了克服現有技術的上述不足，本發明的目的是提供一種利用控制地層損失控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法，該方法實現了經驗-數學分析法與數值模擬法兩者相互融合，將理論分析、科學試驗與數值模擬較好的融合為一體，具有準確、精度高、預測範圍廣、適用性強，可靠性好的特點，同時該方法實現了盾構穿越建築密集區誘發地面沉降施工參數的定量化精細化控制。本發明的技術方案如下:本發明提供了一種利用控制地層損失控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法，該方法包括以下步驟:首先，建立一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的體系；其次，利用試驗段監測數據建立地層損失與地面沉降，地層損失與施工參數的數學模型；再次，依據盾構穿越建築密集區沉降控制目標，反算地層損失目標；最後，利用地層損失目標，建議盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的施工控制參數。
所述的建立一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的體系包括以下步驟:(I)利用地層損失率法對地層損失進行分析，以定義現有解析法。(2)利用位移邊界條件法對地層損失進行分析，以定義現有數值法。(3)基於步驟(I)和(2)對「地層損失」概念進行重新界定。認為，將由於超挖(蛇形)、間隙與注漿共同作用下所產生的、不考慮土體變形的、實際開挖土體積(需考慮開挖后土體體積的變化)與理論挖土體積之差稱為地層損失。所述一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的概念體系實現方法為:(I)利用地層損失率法對地層損失進行分析，以定義現有解析法；地層損失率以佔盾構理論排土體積的百分比V#表示，圓形盾構理論排土體積為nr；l，其中:Γ(Ι為盾構外徑，I為推進長度，則單位長度地層損失為F = Fi(W)X^rre2，因此，地層損失率表不為:
權利要求
1.一種利用控制地層損失控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法，其特徵在於:該方法包括以下步驟: 首先，建立一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的體系； 其次，利用試驗段監測數據建立地層損失與地面沉降，地層損失與施工參數的數學模型； 再次，依據盾構穿越建築密集區沉降控制目標，反算地層損失目標； 最後，利用地層損失目標，建議盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的施工控制參數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述建立一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的體系，指將由於超挖、間隙與注漿共同作用下所產生的、不考慮土體變形的、實際開挖土體積與理論挖土體積之差稱之為「地層損失」。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:所述一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的概念體系實現方法為: (1)利用地層損失率法對地層損失進行分析，以定義現有解析法； 地層損失率以佔盾構理論排土體積的百分比V1%表示，圓形盾構理論排土體積為^0I其中:rO為盾構外徑，I為推進長度，則單位長度地層損失為F = F;(%)x;rre2，因此，地層損失率表不為:
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的利用試驗段監測數據建立地層損失與地面沉降，地層損失與施工參數的數學模型包括以下步驟: (1)試驗段監測數據分析； (2)基於地層損失的概念，建立盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的數值模型，主要包括二維數值模型與三位數值模型； (3)採用數值模擬法，考慮地層損失率0.2%、0.5%、1.0%、1.5%，按照0.1%的步長，計算其距隧道中線的一定距離以內不同地層損失率的三維橫向地表沉降、三維縱向地表沉降、不同土艙壓力下三維縱向地表沉降。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的依據盾構穿越建築密集區沉降控制目標，反算地層損失目標包括以下步驟:(1)確定盾構穿越建築密集區沉降控制目標； (2)基於地層損失，對二維、三維、經驗解析公式計算的橫向沉降以及盾構推進至不同位置時三維數值計算結果與實際監測數據進行對比，反算地層損失目標。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的利用地層損失目標，建議盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的施工控制參數的實現方法為:根據確定的地層損失目標，以及反算的地層損失目標，確定 總地層損失率控制係數、土艙內土壓力控制係數。
全文摘要
本發明一種盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法，公開了一種利用控制地層損失控制盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的方法，該方法包括以下步驟首先，建立一套盾構穿越建築密集區誘發地面沉降「地層損失」的概念體系；其次，利用試驗段監測數據建立地層損失與地面沉降，地層損失與施工參數的數學模型；再次，依據盾構穿越建築密集區沉降控制目標，反算地層損失目標；最後，利用地層損失目標，建議盾構穿越建築密集區誘發地面沉降的施工控制參數。本發明方法將理論分析、科學試驗與數值模擬較好的融合為一體，適用性強、監控測量範圍廣，可靠性好，精度高，實現了盾構穿越建築密集區誘發地面沉降施工參數的定量化精細化控制。
文檔編號E21D9/06GK103195435SQ201310096169
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者王建秀, 鄒寶平, 馮波, 付慧仙, 田普卓 申請人:同濟大學