[发明专利]一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法

说明书

本发明提供一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法，包括：收集整理盾构隧道设计与施工方案中的相关参数，测定隧道上覆地层与盾构采用泥水的物理力学参数；计算拉伸破坏与剪切破坏组合判定准则下的盾构泥水劈裂启动压力，建立软土地层泥水盾构劈裂裂缝伸展模型，计算泥水劈裂伸展的最大长度，利用简化的渐进算法迭代计算出盾构泥水劈裂裂缝伸展状况，根据裂缝最终扩展长度和扩展到地表时的最大长度，来判断在盾构掘进状态下盾构泥水劈裂裂缝能否伸展到地表，预测盾构泥水劈裂引起泥水劈裂破坏的风险。本发明计算预测了软土地层盾构泥水劈裂的伸展状况和发生开挖面失稳的风险，为泥水盾构隧道安全施工提供参考。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法。

背景技术

随着越来越多越江海隧道的建设，泥水盾构作为较适用于软土地层中开挖隧道的施工方法被广泛应用。泥水盾构通过泥水支护压力来平衡隧道开挖面的水土压力，营造稳定高效的隧道开挖环境，在施工中维持开挖面稳定最为关键。当盾构泥水支护压力过大时，开挖面前方地层会发生泥水劈裂被动破坏，发展至泥水劈裂破坏时会导致支护压力消散、开挖面失稳，甚至江水倒灌、隧道坍塌等严重事故，因此预测盾构泥水劈裂伸展状况，防止泥水劈裂破坏发生对泥水盾构施工安全极为关键。泥水劈裂破坏是由于盾构开挖面处起裂的泥水劈裂裂缝伸展至地表引发的，工程中这一过程受到地层参数、泥水支护压力、泥水参数和工程设计情况等多因素影响，且泥水劈裂伸展状况对是否会发生泥水劈裂破坏起决定性作用。目前急需一种预判软土地层泥水盾构泥水劈裂破坏的计算方法，对软土地层盾构泥水劈裂状况进行预测，以便合理评估泥水盾构隧道施工期间泥水劈裂发展程度和泥水劈裂破坏的风险，指导盾构掘进施工过程中采取有效的防控措施。

发明内容

针对现有技术不能对软土地层盾构泥水劈裂状况进行预测，不能快速评估泥水盾构隧道施工期间泥水劈裂发展程度和泥水劈裂破坏的风险，在盾构掘进施工过程未能采取有效的防控措施的缺陷，本发明的实施例提供了一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法，可以全面、简便、高效的预判软土地层泥水盾构泥水劈裂破坏，适用于软土地层泥水盾构隧道工程。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法，根据裂缝最终扩展长度和伸展到地表时最大长度来判断是否发生劈裂破坏，具体包括以下步骤：

S1、根据工程设计和施工方案确定隧道参数、地层参数、泥水参数、泥水支护压力和预设的盾构掘进参数；

S2、计算在同时考虑拉伸破坏准则和剪切破坏组合判定准则情况下的盾构泥水劈裂启动压力；

S3、根据获得的相关参数以及所述盾构泥水劈裂启动压力建立盾构泥水劈裂伸展模型；

S4、基于所述盾构泥水劈裂伸展模型，计算盾构泥水劈裂裂缝的最终长度L_s和伸展到地表的最大长度L_max，当L_sL_max时，预判盾构泥水劈裂破坏不会发生；当L_s≥L_max时，预判盾构泥水劈裂破坏具有发生的风险，并执行步骤S5-S8；

S5、计算盾构泥水劈裂任意处的泥水压力和单位时间的泥水流量；

S6、基于所述泥水压力和泥水流量的计算结果建立盾构泥水劈裂裂缝随时间伸展长度的关系；

S7、根据所述盾构泥水劈裂裂缝随时间伸展长度的关系，通过简化的渐进算法来确定盾构泥水劈裂裂缝的伸展状况；

S8、计算盾构盾壳覆盖住劈裂裂纹裂口的时间，并根据计算获得的盾构泥水劈裂裂缝伸展状况预测数据，判断在所述盾构盾壳覆盖住劈裂裂纹裂口的时间内，盾构泥水劈裂裂缝能否伸展到地表，预测盾构泥水劈裂引起泥水劈裂破坏的风险。

优选地，所述S1包括：