[发明专利]地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法

权利要求书

1.一种地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，包括下述步骤：

S1：根据是否具有工程施作试验段或者地区已有资料，选择不同的方式确定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W：若具有工程施作试验段或者地区已有资料，则采用方式一确定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W；若不具有工程施作试验段或者地区已有资料，则方式二确定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W；方式一为采用回归分析法确定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W，方式二为采用经验公式法和数值模拟法的最小值确定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W。

S2：通过轨道方向的地表沉降槽影响宽度W，采用圆曲线简化模型确定隧道下穿高铁隧道开挖引起的地表沉降最大值为S_max。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述回归分析的地表沉降槽影响宽度通过下式获得：

W₁＝5K(H+R)

式中，K为回归分析的经验参数，根据工程施作试验段或者地区已有资料拟合分析得到；H为隧道覆土厚度；R为隧道计算半径；

所述经验公式的地表沉降槽影响宽度通过下式获得：

式中，为土体内摩擦角；H为隧道覆土厚度；R为隧道计算半径。

3.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述数值模拟的地表沉降槽影响宽度通过下述方法获得：

首先根据设计资料，确定建模范围的结构取值；同时根据地质勘察资料，确定适用所采用的计算机三维数值模型软件的土层划分以及各层土体的力学参数；然后采用所选用的三维数值模型软件进行建模，输入上述结构取值和土层划分以及各层土体的力学参数；调整并运行模型，完成隧道开挖施工模拟，提取模型计算结果，获得数值模拟的地表沉降槽影响宽度W₃。

4.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述建模范围的结构取值，包括：沿地铁线路方向长度l、沿地铁线路方向长度范围内的下深h、隧道结构外侧3～5倍隧道洞径、隧道覆土厚度H、隧道计算半径R。

5.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述计算机三维数值模型软件的各层土体的力学参数，包括：土层厚度h、重度ρ、弹性模量E、泊松比μ、粘聚力c，土体内摩擦角

6.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述模型运行前的调整包括：根据建模范围划分大小合适的网格；确定模型的位移边界条件，具体为：土体模型的顶面为自由边界，底面为竖向约束，四周为法向约束。

7.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述模型的运行包括：在建模模型中施加初始竖向重力场，运行软件计算，模型算至平衡并将计算完成的模型的初始位移清零；然后在建模模型中模拟隧道开挖过程，根据施工进度安排分布计算模拟隧道开挖+隧道衬砌支护设置施工步，运行软件计算，将模型算至平衡。

8.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述计算机三维数值模型软件选自：FLAC 3D、ABAQUS、MIDAS GTS NX、Plaxis。

9.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述轨道方向的地表沉降槽影响宽度W，由隧道方向的地表沉降槽影响宽度、以及隧道方向与轨道方向之间的角度α共同确定。

10.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法，其特征在于，所述隧道下穿高铁隧道开挖引起的地表沉降最大值为S_max，通过下式获得：

式中，r_sh为沉降圆曲线半径，由下式确定：

式中，V_sj为高速铁路设计速度；r_sh取上式中的最小值。