CN104120677B - 考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法，该分析方法根据应力扩散原理得到盾构推力在堤防地基中的应力扩散角，并根据对堤防安全稳定性最不利开挖面的加固位置确定盾构施工的影响范围，即加固范围，并对该影响范围沿堤防纵向划分成若干条带，在每个条带上分为若干土条；其次，基于Mindlin原理通过数值积分，求解每个条带上的每个土条滑弧位置上的盾构挤压传来的附加下滑推力，并进行算术平均施加于某一条带上；最后，采用二维平面极限平衡法，即可计算分析堤防边坡安全稳定系数，根据相关设计标准和初始堤防安全稳定性等进行比对，从而可以科学、定量地合理评价盾构施工对堤防安全稳定性影响。
Description
技术领域
本发明涉及的一种盾构穿越对软弱地基堤防安全稳定性的简化评价方法，属于地下工程施工对周边环境的影响及保护研究领域。本方法将盾构施工对堤防影响的局部的、三维问题转化为平面问题加以解决，很容易为对二维边坡较为熟悉的广大工程技术人员理解、掌握，并加以灵活应用。本方法的提出，解决了目前盾构穿越堤防时缺乏相应的为广大工程技术人员所熟悉的计算方法和安全评价标准的问题。
背景技术
目前，根据河道和堤防工程的相关管理规定，穿越堤防的盾构施工可能对水利工程堤防和行洪等造成潜在不利的影响，必须进行洪水影响评价，以确保堤防工程安全。随着南京城市规模扩大，继南京地铁1号线和2号线成功穿越秦淮河之后，最近地铁11号线成功穿越了滁河，南京地铁3号线、6号线还将穿越秦淮河。随着河西开发向纵深发展，穿越秦淮河的电力隧道、雨污分流工程近几年也逐渐增多，南京市下关区220KV码头变电站送电工程盾构穿秦淮河、南京市220kV莫愁变-宁海路变电缆输电线路工程盾构穿越外秦淮河，南京市雨污分流工程洪武路顶管穿越外秦淮河隧道工程等等。
但是由于盾构施工对堤防工程安全稳定性的影响往往是局部的，盾构直径相对于堤防纵向的尺寸是很小的，是典型的三维问题。目前《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），对于堤防工程的安全稳定性分析方法主要采用的平面的极限平衡分析方法，这主要是堤防横断面尺寸相对于堤防纵向长度而言是很小的，采用平面的计算方法是合理的、可行的。这些平面的极限平衡边坡安全稳定性计算方法也为设计人员、施工人员和管理人员所熟悉和掌握。但是，对于盾构施工对堤防影响的三维计算方法，则较为陌生，且三维极限分析方法也较为复杂，计算耗时长，不利于工程设计中直接使用。
因此，工程技术人员往往根据个别所谓失败的施工案例，夸大了盾构施工对堤防影响，在没有得到科学计算分析的基础上，对加固方法和加固方案提出过于苛刻的要求，也就导致加固方案过于保守和经济上的浪费。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是如何合理、简单地快速确定盾构施工对堤防安全稳定性的影响。该方法力学概念清晰，同时利用工程技术人员较为熟悉的二维平面边坡稳定计算程序，较容易为技术人员所掌握，同时也较为容易为河道管理部门所接受。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的分析方法是根据地基土的性质得到相应的应力扩散角，同时根据加固位置与对堤防安全稳定性影响最不利的盾构开挖面的距离确定盾构施工的影响范围，将该影响范围作为堤防的加固范围，在该影响范围内沿堤防纵向将该范围分成若干条带，在每个条带上分为若干土条；然后，基于Mindlin解答并通过数值积分，求解得到各条带的各土条的滑弧位置上的盾构挤压的附加推力，并将各条带上相同位置土条的附加推力相加除以条带数，同时施加于某一条带对应的土条上，从而将盾构施工三维问题简化为二维问题考虑；最后，将该附加推力代入到二维平面边坡稳定计算公式中，得到考虑盾构施工影响的堤防安全稳定性系数，评价盾构施工对堤防的影响。
上述应力扩散角根据土的性质采用数值计算分析的方法进行计算分析后获得。积累了大量的工程经验后，也可采用经验的应力扩散角。
上述条带划分在一般情况下，将每1m分成一个条带较为合适。
上述二维平面边坡稳定计算公式，可采用Bishop法或者不平衡推力法。
有益效果：本发明提出了一种物理力学概念清晰、操作简单、易为广大工程技术人员掌握的考虑盾构施工影响的堤防安全稳定性计算方法。该方法采用二维的安全稳定性计算方法考虑盾构施工三维的局部影响，解决了以往计算分析上难题，具有非常容易推广的工程应用价值。
本发明是一种简单的、操作性强的二维极限平衡的计算方法，能够快速准确评价盾构施工对堤防安全稳定性的影响。首先，能够根据应力扩散原理得到盾构推力在堤防地基中的应力扩散角，根据工程现场条件确定加固位置后，即可得到盾构推力在地基中的扩散范围，即盾构施工的影响范围，也就是三维计算分析中所采用的计算宽度；其次，基于Mindlin原理通过数值积分求得盾构施工对堤防滑弧位置上各条带上各土条的附加推力（该力增加了堤防边坡的下滑力，降低堤防边坡的安全稳定性）；最后，将各土条上的附加推力相加求算术平均施加于一个条带上，即可采用二维极限平衡法，求解堤防边坡安全稳定系数。同时，根据相关设计标准、盾构穿越前的堤防安全稳定性等进行比对，合理评价盾构施工对堤防安全稳定性影响。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例中堤防横断面及加固位置简图；
图2是本发明实施例条带条分法计算边坡受力简图。
具体实施方式
实施例：
南京市下关区220KV码头变电站送电工程电缆隧道，隧道由唐山路220KV码头变电站开始沿唐山路、南通路、郑和中路走向，穿越三汊河（秦淮河）到达三汊河市民广场出地面。穿越秦淮河时采用盾构法施工，盾构直径为3m，盾壳顶部离河床底部的距离为4m，盾构穿越的土层为淤泥质粉质黏土，其基本参数为：土体变形模量E=5.4MPa，黏聚力C=8.4kPa，内摩擦角φ=7.10。堤防的横断面简图如图1所示。
盾构掘进对堤防边坡土条附加推力的计算。
当盾构掘进观景平台范围时，对堤防的安全稳定影响最不利，此时开挖面与加固体的水平距离约为6.0m，应力扩散角按经验选取300，利用几何关系，即可得到盾构推力扩散的范围宽度3+2×6×tan300=9.93m，近似取为10.0m，也就是加固体沿堤防纵向的最小加固宽度。
根据地基中应力扩散角和加固位置相对于相对于对堤防安全稳定性最不利盾构开挖面的距离，得到盾构掘进对堤防安全稳定性的影响范围，并进行条带的划分；同时采用Mindlin解答并通过积分的办法，求解该影响范围滑弧上的每一个条带上每个土条上的盾构传来的附加推力，取出其中某一个条带，将附加推力施加在相应位置的土条上；最后，在二维边坡稳定计算程序相应的计算公式中，加入以上传来的盾构附加推力，即可求解得到考虑盾构施工对堤防影响的安全稳定系数，据此可进行影响程度的评价和加固方案的确定。
具体地，以隧道中心线为中线，左右两边各取5m计算，因为两边对称，这里只计算一半，计算宽度5m，按1m一个条带进行划分，共划分成5个条带，条带编号记为j=1~5；在边坡滑弧上取22个点，将滑弧面分成23个土条，土条编号记为i=1~23，示意图如图所示。采用Mindlin解并通过积分计算每个土条滑弧上的水平推力，如表1所示。
盾构直径取3m，盾构机长度5m，隧道埋深取4m，盾构机开挖面附加推力50kPa，摩擦力65kPa。
表1各条带各土条上的推力（单位：kN）
通过上述方法，求得本工程中盾构引起的滑坡推力为106.15×2=212.3kN。
盾构掘进前堤防的安全稳定系数为1.52，考虑掘进影响的安全稳定系数降为1.31，盾构掘进对堤防安全稳定性有一定的影响。以上求解得到的盾构施工引起的附加推力212.3kN，如果按照等强进行堤防补强的话，该值即为加固措施需要提供的抗力。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法，其特征在于：根据地基土的性质得到相应的应力扩散角，同时根据加固位置与对堤防安全稳定性影响最不利的盾构开挖面的距离确定盾构施工的影响范围，将该影响范围作为堤防的加固范围，在该影响范围内沿堤防纵向将该范围分成若干条带，在每个条带上分为若干土条；然后，基于Mindlin解答并通过数值积分，求解得到各条带的各土条的滑弧位置上的盾构挤压的附加推力，并将各条带上相同位置土条的附加推力相加除以条带数，同时施加于某一条带对应的土条上，从而将盾构施工三维问题简化为二维问题考虑；最后，将该附加推力代入到二维平面边坡稳定计算公式中，得到考虑盾构施工影响的堤防安全稳定性系数，评价盾构施工对堤防的影响。
2.根据权利要求1所述的考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法，其特征在于：所述应力扩散角根据土的性质采用数值计算分析的方法进行计算分析后获得。
3.根据权利要求1所述的考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法，其特征在于：所述应力扩散角采用经验的应力扩散角。
4.根据权利要求1所述的考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法，其特征在于：所述条带划分按照每1m分成一个条带进行划分。
5.根据权利要求1所述的考虑盾构穿越影响的堤防边坡二维安全稳定性分析方法，其特征在于：所述二维平面边坡稳定计算公式采用Bishop法或者不平衡推力法。
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Families Citing this family (8)
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| CN114510770B (zh) * | 2022-03-14 | 2023-03-28 | 中南大学 | 一种铁路预应力路堤边坡稳定性分析方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003261930A (ja) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | Penta Ocean Constr Co Ltd | 水底軟弱地盤の圧密改良工法 |
| JP2004316125A (ja) * | 2003-04-11 | 2004-11-11 | Taisei Corp | 大断面トンネルの施工方法及び異形断面シールド掘進機 |
| CN101566063A (zh) * | 2009-06-04 | 2009-10-28 | 上海交通大学 | 盾构进出洞口土体加固的方法 |
| CN103334763A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-10-02 | 东南大学 | 一种盾构穿越硬质岩层对临近桩基影响的控制方法 |
| CN103835281A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-06-04 | 江苏省水利工程科技咨询有限公司 | 一种盾构穿越软弱地基堤防的加固方案快速确定的方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003261930A (ja) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | Penta Ocean Constr Co Ltd | 水底軟弱地盤の圧密改良工法 |
| JP2004316125A (ja) * | 2003-04-11 | 2004-11-11 | Taisei Corp | 大断面トンネルの施工方法及び異形断面シールド掘進機 |
| CN101566063A (zh) * | 2009-06-04 | 2009-10-28 | 上海交通大学 | 盾构进出洞口土体加固的方法 |
| CN103334763A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-10-02 | 东南大学 | 一种盾构穿越硬质岩层对临近桩基影响的控制方法 |
| CN103835281A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-06-04 | 江苏省水利工程科技咨询有限公司 | 一种盾构穿越软弱地基堤防的加固方案快速确定的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈学东等.极限平衡法和有限元边坡稳定分析法在盾构隧道穿秦淮河堤防工程中的研究与应用.《江苏水利》.2011,(第6期),第9-11页. * |
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