[发明专利]预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法

说明书

本发明公开了一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法，包括以下步骤：（1）运用三维源汇法原理，得到半无限体内单位体积空隙引起的空间任一点应力增量解答；（2）根据盾构沿曲线路径掘进特点，确定实际掘进期间的地层损失量；（3）开发盾构沿曲线路径掘进时由实际地层损失量导致的周围土体应力场沿轴线方向及环开挖面方向变化的计算程序，以获得所述盾构沿曲线路径掘进时沿轴线方向变化的地层应力以及环开挖面变化的地层应力。本发明的优点是：适用于土体损失间隙为三维空间工况，以沿曲线路径掘进为例，施工时需要曲线超挖，运用本发明所述的预测程序，可准确计算三维超挖间隙导致周围土体应力场的变化。

技术领域

本发明属于盾构及地下工程技术领域，具体涉及一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法。

背景技术

修建地铁时盾构机的掘进路径不一定全为直线段，同时为了满足场地条件限制，盾构沿曲线路径掘进的工况在所难免。盾构隧道开挖过程中，盾尾管片脱空瞬间衬彻外壁与边界土层之间存在有非均匀间隙；特别对于曲线隧道，为使得盾构机顺利掘进，施工过程中又难免产生曲线内侧的超挖间隙。在施工过程中，曲线段超挖导致的间隙难免会对周围地层造成扰动，目前关于盾构掘进对地层扰动的预测程序计算对象为直线隧道，而对于曲线隧道，特别是土体损失导致地层应力的计算程序鲜有报道。更值得注意的是，关于盾构掘进引起地层扰动的预测多局限于其对土体位移的影响，能够预测其对地层应力影响的计算程序或方法较少，而应力状态的变化是引起地层位移的主要原因，因此亟待寻求方便、快捷、可靠的计算程序预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体的应力场变化。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法，该方法以曲线路径掘进为例，运用开发盾构沿曲线路径掘进时由实际地层损失量导致的周围土体应力场沿轴线方向及环开挖面方向变化的计算程序，以获得所述盾构沿曲线路径掘进时沿轴线方向变化的地层应力以及环开挖面变化的地层应力。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)运用三维源汇法原理，得到半无限体内单位体积空隙引起的空间任一点应力增量解答；

(2)根据盾构沿曲线路径掘进特点，确定实际掘进期间的地层损失量；

(3)开发盾构沿曲线路径掘进时由实际地层损失量导致的周围土体应力场沿轴线方向及环开挖面方向变化的计算程序，以获得所述盾构沿曲线路径掘进时沿轴线方向变化的地层应力以及环开挖面变化的地层应力。

1.根据权利要求1所述的一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法，其特征在于步骤(1)包括以下步骤：

(1.1)假设土体为无边界的无限体，给出在所述无限体中点F(x₀,y₀,z₀)处的单位体积空隙引起点P(x,y,z)处的位移分量S_k1：

式中：

k为函数自变量，为x或y或z；

(k–k₀)＝(x–x₀)、(y–y₀)、(z–z₀)中的一种；

r₁＝[(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²]^1/2；