[发明专利]一种盾构地铁施工诱发地层变形及对古建筑影响的预估方法

摘要

本发明公开了盾构地铁施工诱发地层变形及对古建筑影响的预估方法，包括基于实测数据的归纳反分析和数值反演分析方法，基于“地层损失”理论的盾构施工诱发地表沉降计算方法，基于“刚度修正法”的古建筑基础变形特征评估方法。通过基于工程实际中实测数据的归纳反分析和数值反演分析方法，获取盾构地铁施工诱发地层位移特征参数及其规律，基于“地层损失”理论和Peck公式，提出盾构施工参数的地表沉降预测公式，最后将“刚度修正法”原理引入到前述公式中预估古建筑基础的变形特征，从而实现对地层位移及其古建筑影响的系统评估，为盾构地铁施工诱发地层位移预测和施工工艺的控制措施提供反馈分析方法。

主权项

1.一种盾构地铁施工诱发地层变形及对古建筑影响的预估方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1，收集地表沉降监测资料、地层参数和施工工艺参数，采用Peck公式对地表沉降特征参数：沉降槽宽度i₀、最大沉降量S_max,0和地层损失率V_l进行归纳分析，得出变化规律；步骤2，选取盾构施工诱发地表沉降监测断面，搜集研究区域的地层参数、盾构施工参数、支护参数作为数值分析的参数输入提供准备条件，采用数值分析软件进行建立单元网络模型，采取逐步“应力释放”方法综合模拟盾构施工诱发的地表沉降，并以实测地表沉降值为目标函数，针对地层参数进行反演分析，获取地表以下不同深度z处的地层位移特征参数，如下式(12)表示：即沉降槽宽度i₀，最大沉降量S_max,z随深度的演化规律；式(12)中f_s为函数的运算法则，具体可表示为一种幂函数关系；H为隧道轴线埋深；步骤3，建立拱顶沉降S_max,H‑R或u_c的估算公式；步骤3.1，盾构开挖面支护压力不足产生的拱顶沉降S₁：计算公式如(13)：式(13)中，Ω为开挖面处土体向盾头方向发生的水平位移系数；K₀'为不排水条件下水平向侧压力系数；P_v'为隧道轴线处竖向有效应力；P_w为隧道轴线处孔隙水压力；P_i为隧道开挖面与盾构压力仓之间的支护压力；E_μ为隧道上覆地层的不排水弹性模量；步骤3.2，盾尾注浆填充不足产生的拱顶沉降S₂：采用式(14)表示：S₂＝(1‑ω)G_p  (14)；式(14)中，ω为盾构机尾部注浆填充率，G_p为盾构物理间隙参数；步骤3.3，盾构内部支护反力不足产生的拱顶沉降S₃：采用式(15)来描述：式(15)中，E_μ，c_μ，ν_μ分别为隧道上覆地层的不排水弹性模量、粘聚强度和泊松比；步骤3.4，盾构偏航超挖产生的拱顶沉降S₄：采用式(16)计算：式(16)中，R为盾构开挖半径＝D/2，κ为偏心超挖率；L为盾构机主机长度；步骤3.5，盾构叩头仰头产生的拱顶沉降S₅：采用式(17)描述：S₅＝Lξ  (17)；式(17)中，L盾构机主机长度，ξ为盾构机仰头叩头偏离中轴线坡度；步骤3.6，隧道开挖后扰动圈内地层的再压缩产生的拱顶沉降S₆：采用式(18)表示：S₆＝m'_v[γ(H‑R₀)‑P_i](R₀‑R)  (18)；式(18)中，m'_v扰动圈内土体体积压缩系为扰动圈内土体体积压缩系数，R₀扰动圈塑性区半径；步骤3.7，因综合诱因导致的隧道拱顶产生沉降导致的隧道拱顶最大沉降S_max,H‑R或u_c表示为式(21)：步骤4，根据公式(21)和地层损失率V_l的概念，建立S_max,H‑R或u_c与地表最大沉降量S_max,0的关系，经换算得到地表最大沉降量S_max,0表达式(25)：式(25)中，K为地表处沉降槽宽度系数；经换算得到不同地层深度z处的修正的地层沉降Peck公式，如式(26)：根据上述步骤1～步骤4，采用公式(26)预估z＝0处的地表沉降值，并与实测值进行对比来验证其合理性；步骤5，将“刚度修正法”原理引入到地层沉降修正Peck公式(26)中，估算古建筑基础的变形特性，包括古建筑基础沉降槽曲线、局部倾斜曲线、地表曲率曲线及水平位移曲线，将其与相应规范和评判标准进行对比，评估盾构施工诱发地层位移对古建筑的影响程度，从而对盾构施工工艺改进措施进行反馈。