[发明专利]双线盾构隧道施工对地下管线安全造成影响的评估方法

摘要

本发明涉及双线盾构垂直穿越地下管线的安全监管技术，具体提供了一种双线盾构隧道施工对地下管线安全造成影响的评估方法，本专利考虑了实际情况中管线的老化问题，结合相关规范，成果以地表沉降为指标来监测地下管线安全状态，将难以测量观察的管线状态转化为直观可见的地表沉降，简化了监测方法。施工过程中，场地人员只需对地表沉降进行监测，即可同时对管线的安全状态进行评估。若实际监测的地表沉降曲线大于求得的地表沉降安全允许曲线，则表明管线存在危险，需要对施工条件进行改进，将地表沉降控制在允许范围内；若实际监测的地表沉降曲线小于求得的地表沉降安全允许曲线，则表明管线状态良好，可按目前的施工条件继续施工。

主权项

1.一种双线盾构隧道施工对地下管线安全造成影响的评估方法，其特征在于，包括如下4个步骤：步骤1)、通过修正PECK公式，建立地表沉降与土体损失关系：以右侧隧道先开挖为例，土体中任意一点(x，z)的沉降公式为：式中：H为盾构轴线埋深，单位符号为mm；Sz(x)为双线盾构隧道施工引起的总的土体沉降，单位符号为mm；x为距双线盾构隧道中轴线的横向水平距离，单位符号为mm；z为距地表的距离，单位符号为mm；S_max,f、S_max,l分别表示先行隧道和后行隧道轴线正上方地表沉降值，单位符号为mm，π为圆周率，取3.14；ηf、ηl分别为先行和后行隧道产生的土体损失率；if、il分别为先行和后行隧道的地表沉降槽宽度系数，单位符号为mm；n为与隧道半径和土质条件有关的影响系数，对于黏性土，n的取值范围在[0.35～0.85]之间；对于砂土，n的取值范围在[0.85～1.0]之间；R为盾构半径，单位符号为mm；L为两条隧道轴线水平间距，单位符号为mm；步骤2)、管线受力变形与土体损失的关系式：(1)对于非连续管线，根据弹性地基梁理论，得到管线受隧道开挖影响的变形微分方程为：式中：EI为管线抗弯刚度，单位符号为Pa；k为管线平面处的地基反力系数，单位符号为Pa；d为管线外径，单位符号为mm；w为管线的竖向挠度，单位符号为mm；解微分方程，得到管线纵向中心点处受到的最大弯矩Mmax为：式中：由此提出管线在隧道开挖影响范围内任意一点(x0，h)的弯矩M(x)计算公式为：式中：x0为坐标系上的任意一点坐标，单位符号为mm；h为管线轴线埋深，单位符号为mm；(2)对于连续管线，考虑管土效应，则管线的真实沉降会小于无管线存在时的土体沉降；假定非连续管线沉降与无管线存在时的土体沉降一致；由于双线隧道水平间距L的不同，双线盾构施工引起的土体沉降曲线可能出现V型或W型；若施工时土体沉降曲线呈W型，其引起管线接头转角最大值分别出现在两条隧道轴线的正上方，则计算先行、后行盾构隧道轴线上方土体沉降时，以单线盾构隧道为计算模型：设ηf＝ηl，则管线接头转角公式：即式中：θ为管线和隧道垂直时产生的接头转角，单位符号为°；i(s)为地表沉降槽宽度系数，单位符号为mm；变换化简，得到土体损失率与管线接头转角θ的关系式：若施工中土体沉降曲线呈V型，其引起管线接头转角最大值出现在双线隧道正中间，设ηf＝ηl、if＝il；以ηf为标准，则得到土体损失率与管线接头转角θ的关系式：步骤3)、建立地表沉降与管线受力变形的关系式：将M(x)或θ用规范中的管线应变或转角安全允许值带入，求出管线安全前提下对应的土体损失率安全允许值[ηf]；最后，通过修正的二维Peck公式建立土体损失率与地表沉降的关系：式中：[S'max(x)]为地表沉降安全允许曲线，单位符号位mm；步骤4)、考虑与时间相关的折减系数：根据城市给水排水技术规范，地下管道结构的设计使用年限不低于50年，安全等级不小于二级；假设管线设计使用年限为50年，根据工程结构可靠性设计统一标准，并结合结构可靠指标，规定50年后可靠指标不小于0.5，即α仍有0.5的富余，则：α＝1‑t/100，式中t为管线年龄；考虑管线老化，则地表沉降安全允许曲线的修正计算公式为：式中：[Smax(x)]为考虑管线老化后修正的地表沉降安全允许曲线，单位符号位mm；根据上式，若实际监测的地表沉降曲线大于求得的地表沉降安全允许曲线，则表明管线存在危险，需要对施工条件进行改进，将地表沉降控制在允许范围内；若实际监测的地表沉降曲线小于求得的地表沉降安全允许曲线，则表明管线状态良好，按目前的施工条件继续施工。