[发明专利]盾构掘进施工地表极限竖向位移预测方法及装置

说明书

本发明公开了一种盾构掘进施工地表极限竖向位移预测方法及装置，其中，方法包括步骤：获取盾构掘进施工区域的土体物理学参数及隧道埋深；以土压力为盾构掘进施工区域半无限体模型的围压计算所获得的一个地表测点的竖向位移为该地表测点的竖向极限位移；当土压力取主动土压力时，竖向位移为极限沉降，当土压力取被动土压力时，竖向位移为极限隆起。装置包括：读取模块，用于读取盾构掘进施工区域的土体物理学参数和隧道设计参数；输入模块，用于输入盾构掘进施工区域的各个地表测点的位置信息；处理模块，用于根据土体物理学参数和隧道设计参数计算各个地表测点的竖向极限位移；输出模块，用于输出各个地表测点的竖向极限位移。

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，尤其涉及一种盾构掘进施工地表极限竖向位移预测方法及装置。

背景技术

盾构法具有地质环境适应性强、安全性高、周边环境影响小、施工速度快等优点，是目前城市地铁隧道施工的主要方法，尤其在城市建筑密集区当中往往作为首选的施工方法。然而，盾构掘进施工过程中所引起的地表竖向位移不可避免，由于地表竖向位移过大引起的盾构隧道施工事故屡有发生,造成城市周边建筑塌陷和交通瘫痪，甚至更加严重的后果。因此，对于地下工程这种隐蔽性较强的工程而言，若能事先预估盾构施工所导致的地表极限竖向位移，将会对地铁隧道等盾构施工的安全性评估起到非常重要的预警，并可以为盾构掘进施工方案的选择和优化提供有力技术支撑和参考。令人遗憾的是，目前现有技术不能有效预测盾构施工所导致的地表竖向位移的极限值，即地表极限竖向位移。

发明内容

本发明目的在于提供一种技术方案获得盾构掘进施工地表极限竖向位移的预测数据，以便对地铁隧道等盾构施工的安全性评估提供预警指标，为盾构掘进施工方案的选择和优化提供有力技术支撑和参考。

本发明技术方案首先一个方面提供一种盾构掘进施工地表极限竖向位移预测方法，其包括以下步骤：

获取盾构掘进施工区域的土体物理学参数及隧道埋深，所述土体物理学参数包括主动土压力和被动土压力；

以土压力为所述盾构掘进施工区域半无限体模型的围压计算所获得的一个地表测点的竖向位移为该地表测点的竖向极限位移；所述竖向极限位移包括极限沉降和极限隆起，当土压力取主动土压力时，所述竖向位移为极限沉降，当土压力取被动土压力时，所述竖向位移为极限隆起。

优选的，一些实施例中，所述主动土压力取库伦主动土压力，所述被动土压力取库伦被动土压力。

优选的，一些实施例中，利用球孔扩张理论计算所述获取盾构掘进施工区域的塑性区半径。

作为对本发明第一方面技术方案的充分支持，本发明还具体的公开了一种盾构掘进施工地表极限竖向位移预测方法，尤其适用于圆形盾构，其包括以下步骤：

获取盾构掘进施工区域的土体物理学参数及隧道埋深H，所述土体物理学参数包括材料类型、重度γ、弹性模量E、泊松比v、粘聚力c、内摩擦角剪胀角Ψ和土层初始应力q；

根据无限体球孔扩张土体公式计算所述盾构掘进施工区域的塑性区半径R_p；

当地面测点位于弹性区时，分别根据主动土压力E_a和被动土压力E_p计算该地面测点的预测竖向位移u_z1的两个端点和

和/或，

当地面测点位于塑性区时，分别根据主动土压力E_a和被动土压力E_p计算该地面测点的预测竖向位移u_z2的两个端点和

优选的，所述盾构掘进施工区域的塑性区半径R_p的求解式为，