专利名称：一种控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法
技术领域：
本发明属于隧道施工技术领域，涉及盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法，尤其涉及一种利用控制地层损失控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法。
背景技术：
盾构法施工技术是地铁建设工程的关键技术。盾构法修建城市地铁已经历了 100多年的发展，施工技术也日益完善，但工程实践表明，盾构法修建城市地铁过程中，无论其埋深大小，都将不可避免地对岩土体产生扰动，引起不同程度的地表移动和变形，这种现象在软土地层中尤为显著。此外，在复杂工程、水文地质条件下，因勘察、设计或施工措施不当等造成地面沉陷、隧道涌水、周边建(构)筑物破损、地下管线损害的事故时有发生，造成了重大经济损失和恶劣的社会影响。事实上，盾构法隧道施工过程非常复杂，单纯依靠数学经验公式和试验研究难以全面准确地反映盾构施工对周围环境的影响，无法掌握此类影响的物理力学过程及沉降控制方向，只能用于沉降的预测和事后分析，无法直接指导施工控制过程；数值模拟方法是实现盾构推进诱发地面沉降预测和控制的重要途径之一，但其在地层损失计算理论及参数确定方法上存在一定问题，有时模型计算参数难以客观确定，只能在事后“凑数据”来实现对实测成果的拟合，因计算结果的可靠性问题，无法有效指导施工控制。现有的关于隧道地层损失的技术主要是关于离心场中隧道地层损失及注浆模拟控制系统，例如:中国专利CN102168562A离心场中隧道地层损失及注浆模拟控制系统，该系统包括模型箱、隔板、模型组件、操作子系统、离心机、所述的隔板设在模型箱中，将模型箱分成两部分，为模型侧、附件侧，模型组件设在模型侧中，附件组件设在附件侧中。有关利用控制地层损失控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法未见报道。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种利用控制地层损失控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法，该方法实现了经验-数学分析法与数值模拟法两者相互融合，将理论分析、科学试验与数值模拟较好的融合为一体，具有准确、精度高、预测范围广、适用性强，可靠性好的特点，同时该方法实现了盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降施工参数的定量化精细化控制。本发明的技术方案如下:本发明提供了一种利用控制地层损失控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法，该方法包括以下步骤:首先，建立一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的体系；其次，利用试验段监测数据建立地层损失与地面沉降，地层损失与施工参数的数学模型；再次，依据盾构穿越建筑密集区沉降控制目标，反算地层损失目标；最后，利用地层损失目标，建议盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的施工控制参数。
所述的建立一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的体系包括以下步骤:(I)利用地层损失率法对地层损失进行分析，以定义现有解析法。(2)利用位移边界条件法对地层损失进行分析，以定义现有数值法。(3)基于步骤(I)和(2)对“地层损失”概念进行重新界定。认为，将由于超挖(蛇形)、间隙与注浆共同作用下所产生的、不考虑土体变形的、实际开挖土体积(需考虑开挖后土体体积的变化)与理论挖土体积之差称为地层损失。所述一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的概念体系实现方法为:(I)利用地层损失率法对地层损失进行分析，以定义现有解析法；地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比V#表示，圆形盾构理论排土体积为nr；l，其中:Γ(Ι为盾构外径，I为推进长度，则单位长度地层损失为F = Fi(W)X^rre2，因此，地层损失率表不为:
权利要求
1.一种利用控制地层损失控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 首先，建立一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的体系； 其次，利用试验段监测数据建立地层损失与地面沉降，地层损失与施工参数的数学模型； 再次，依据盾构穿越建筑密集区沉降控制目标，反算地层损失目标； 最后，利用地层损失目标，建议盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的施工控制参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述建立一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的体系，指将由于超挖、间隙与注浆共同作用下所产生的、不考虑土体变形的、实际开挖土体积与理论挖土体积之差称之为“地层损失”。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的概念体系实现方法为: (1)利用地层损失率法对地层损失进行分析，以定义现有解析法； 地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比V1%表示，圆形盾构理论排土体积为^0I其中:rO为盾构外径，I为推进长度，则单位长度地层损失为F = F;(%)x;rre2，因此，地层损失率表不为:
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的利用试验段监测数据建立地层损失与地面沉降，地层损失与施工参数的数学模型包括以下步骤: (1)试验段监测数据分析； (2)基于地层损失的概念，建立盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的数值模型，主要包括二维数值模型与三位数值模型； (3)采用数值模拟法，考虑地层损失率0.2%、0.5%、1.0%、1.5%，按照0.1%的步长，计算其距隧道中线的一定距离以内不同地层损失率的三维横向地表沉降、三维纵向地表沉降、不同土舱压力下三维纵向地表沉降。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的依据盾构穿越建筑密集区沉降控制目标，反算地层损失目标包括以下步骤:(1)确定盾构穿越建筑密集区沉降控制目标； (2)基于地层损失，对二维、三维、经验解析公式计算的横向沉降以及盾构推进至不同位置时三维数值计算结果与实际监测数据进行对比，反算地层损失目标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的利用地层损失目标，建议盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的施工控制参数的实现方法为:根据确定的地层损失目标，以及反算的地层损失目标，确定 总地层损失率控制系数、土舱内土压力控制系数。
全文摘要
本发明一种盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法，公开了一种利用控制地层损失控制盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的方法，该方法包括以下步骤首先，建立一套盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降“地层损失”的概念体系；其次，利用试验段监测数据建立地层损失与地面沉降，地层损失与施工参数的数学模型；再次，依据盾构穿越建筑密集区沉降控制目标，反算地层损失目标；最后，利用地层损失目标，建议盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降的施工控制参数。本发明方法将理论分析、科学试验与数值模拟较好的融合为一体，适用性强、监控测量范围广，可靠性好，精度高，实现了盾构穿越建筑密集区诱发地面沉降施工参数的定量化精细化控制。
文档编号E21D9/06GK103195435SQ201310096169
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者王建秀, 邹宝平, 冯波, 付慧仙, 田普卓 申请人:同济大学