[发明专利]一种地面沉降对地铁隧道影响的物理模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及地面沉降及其灾害防治领域，特别涉及一种地面沉降对地铁隧道影响的物理模拟方法。

背景技术

随着我国国民经济的迅速发展，城市人口高度集中，城市建设规模的不断扩大，我国城市地铁建设出现了如火如荼的局面。目前，成都、杭州、西安、济南、哈尔滨、合肥、郑州、昆明和长沙等20多个城市正在积极修建和筹划地下铁道或轻轨交通运输系统，可以预见，21世纪必将是我国城市地铁建设的高峰时期。

然而，我国是世界上地面沉降最为严重的国家，据统计我国已有96个城市和地区发生不同程度的地面沉降，沉降面积超过1×106km²，大城市包括上海、北京、西安、杭州、苏州、无锡、常州和昆明等，其中长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等地区地面沉降灾害最为严重，并伴生了地裂缝灾害。灾情粗略统计表明，建国以来我国地裂缝和地面沉降灾害造成的损失高达4500～5000亿元，其中，直接经济损失累计达350～400亿元。地面沉降常常造成建筑物地基下沉、房屋开裂、地铁隧道管片开裂破坏及渗漏水、地下管道破损、井管抬升、洪涝及风暴潮灾害加剧等一系列问题，给国民经济造成巨大的经济损失。地面沉降灾害具有形成时间长、影响范围广、防治难度大、难以恢复等特点，已成为影响我国区域经济社会可持续发展的重要因素之一。因此，地面沉降对城市轨道交通的影响备受关注，其中地面沉降对地铁隧道的影响研究显得十分重要。

现有技术大多集中在地铁施工引起的地面沉降及方法，缺乏地面沉降对地铁隧道影响的模型研究方法。

发明内容

为了解决现有技术中缺乏地面沉降对地铁隧道影响的模型试验方法研究，本发明提出了用压力水囊模拟地面沉降，进而掌握地面沉降对地铁隧道影响的模拟研究。

本发明提出了如下技术方案：

按地层结构分层夯填第一预设厚度的土层；

堆土至第二预设厚度时，将压力水囊放置在与其底部形状尺寸相匹配的浅坑中；

基于所述压力水囊上部的石膏隧道模型，在所述隧道顶底部及水囊下部土层中埋设压力盒，以量测在地面沉降影响下所述压力水囊下方和所述隧道顶底部土层的应力变化；

在所述隧道表面粘贴应变片，以量测所述隧道的应力应变；

在所述隧道顶部和地表布设位移计，以量测所述隧道多部位的位移沉降量。

本发明通过模拟地面沉降对地铁隧道的影响，对模型隧道进行应变测量，对模型隧道外围土压力、模型顶表面土体变形等进行量测，测试地面沉降在不同沉降量作用下地铁隧道衬砌的受力、变形的动态变化规律。提高了模拟地面沉降对地铁隧道影响的精确度，并考虑了地面沉降在不同沉降量作用下地铁隧道的变化规律。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地面沉降对地铁隧道影响的物理模拟方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的地面沉降对地铁隧道影响的物理模拟方法的流程，详述如下：

在步骤S101中，按地层结构分层夯填第一预设厚度的土层。

在本发明的实施例中，第一预设厚度为2m，每一分层的土层都要夯实，在不同地层分界面上洒石灰粉为后续观测做准备。

首先铺设最底部第11层30cm厚的粉质粘土，然后铺第⑩层砂土至40cm时，在砂土层上埋置水囊，可以确保水囊在充水有压力之后鼓胀的程度控制在一定的范围，然后再铺第⑨层30cm厚粉质粘土，第⑧层10cm砂土，第⑦层20cm的粉质粘土，第⑥层10cm的砂土，第⑤层25cm的粉质粘土，第④层16cm的砂土，第③层15cm、第②层10cm、第①层4cm共29cm的粉质粘土。

在步骤S102中，堆土至第二预设厚度时，将压力水囊放置在与其底部形状尺寸相匹配的浅坑中。

作为本发明的一个优选实施例，第二预设厚度为40cm。

在本发明的实施例中，压力水囊埋置在从模型底部堆土至40cm时的地层表面，当铺设到40cm厚土层时，按照水囊下半部分的弧面与尺寸挖出一个形状匹配的浅坑然后放置压力水囊，水囊正下方出水口连接胶管，在模型箱底部钢板焊一个圆洞走出胶管，然后连接水压表、流量计和量筒。