CN106372297A - 砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，包括：第一步、工程现场地质勘察；第二步、利用三维有限元建模软件建立有限元分析模型，模型模拟包括：溶洞模拟、开挖面平衡模拟、地层损失模拟、衬砌及渣土车模拟和盾构隧道施工开挖模拟；第三步、计算不同工况条件下，盾构隧道开挖对溶洞产生的垂直位移；第四步、作出溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化关系图。本发明充分考虑盾构隧道施工中溶洞位于隧道下方时，考虑盾尾体积损失，通过分析溶洞洞顶沉降、溶洞与隧道的垂直距离、溶洞直径之间正规化关系，得出隧道开挖影响溶洞的安全垂直距离公式，简单明了，利于现场工程师快速直观判断，提高施工效率。

Description

砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法

技术领域

本发明涉及地下建筑施工技术领域的方法，具体地，涉及一种上覆砂土岩溶复合地层中盾构隧道与溶洞安全垂直距离的确定方法。

背景技术

岩溶是在地表径流和地下水流溶蚀和破坏下的一种地貌，我国多省均有岩溶地层分布。随着城市化的发展，许多城市需要进行大量的地下空间和城市地铁建设，因此不可避免的要在上覆砂土岩溶复合地层中进行隧道施工。在上覆砂土岩溶复合地层中进行盾构隧道开挖，溶洞无规则地分布于岩溶地层中，隧道开挖会对周围土体产生扰动，当隧道下方存在溶洞时，开挖过程可能会引起溶洞变形甚至坍塌，引起大的地表沉降。如果溶洞距盾构隧道较近，盾构掘进施工易造成溶洞顶部变形沉降，盾构机低头。上覆土层为砂土，与溶洞间无隔水层，盾构掘进过程中，砂土经震动后，易发生坍塌，造成地面塌陷，酿成工程事故，因此，在岩溶地层中进行盾构隧道施工前需要将溶洞提前处理。考虑到经济和施工安全等因素，需要研究计算上覆砂土岩溶复合地层中盾构隧道与溶洞安全垂直距离。

经过对现有的文献检索发现，中国专利申请公布号为“CN103577642A”，专利名称为一种隐伏溶洞与新建山岭隧道间安全距离确定方法，该专利自述为：“利用ANSYS软件建立隐伏溶洞与隧道间距离的有限元模型，模拟隧道施工顺序进行有限元求解，计算每次折减距离后对应隐伏溶洞与隧道间岩层的塑形应变能，建立溶洞与隧道间距离与隐伏溶洞与隧道间岩层塑形应变能变化序列，再计算能量突变特征值，当能量突变特征值小于等于0时输出隐伏溶洞与隧道间安全距离”该方法以隐伏溶洞与隧道间岩层能量突变为安全距离判据，确定出的安全距离比常规塑性区判据确定的安全距离小，但是主要针对山岭隧道的安全距离，未考虑上覆砂土岩溶复合地层盾构隧道施工和盾尾体积损失，且建模以及计算过程较为复杂，不利于现场工程师进行快速直观地判断，操作性较差，效率相对较低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，该方法充分考虑上覆砂土岩溶复合地层中盾构隧道施工中溶洞位于隧道下方时，考虑盾尾体积损失，通过分析溶洞洞顶沉降、溶洞与隧道的垂直距离、溶洞直径之间的正规化关系，可以得出隧道开挖影响溶洞的安全垂直距离公式，该安全垂直距离公式简单明了，利于现场工程师快速直观判断，提高施工效率。

为实现以上目的，本发明提供一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、工程现场地质勘察，用于获取下一步有限元分析模型建立所需参数；

第二步、根据第一步工程现场地质勘察所得参数，利用三维有限元建模软件建立有限元分析模型，模型模拟包括：溶洞模拟、开挖面平衡模拟、地层损失模拟、衬砌及渣土车模拟和盾构隧道施工开挖模拟；

第三步、在第二步建立的有限元分析模型中，计算不同工况条件下，盾构隧道开挖对溶洞产生的垂直位移；

第四步、根据第三步中计算结果，作出溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化关系图，并根据正规化关系图判断是否需要对溶洞进行处理。

优选地，所述第一步，工程现场地质勘察，包括：

1)在盾构隧道施工区域内进行原位测试；

2)在盾构隧道施工区域内进行地质勘探；

3)根据取样岩心和土样确定地层和构造，进行物理力学性质指标统计；

4)根据取样岩心和土样确定溶洞分布情况：位置、深度和大小；

更优选地，第一步的1)中，所述原位测试包括：静力触探试验、动力触探试验、十字板剪切试验。

更优选地，第一步的2)中，所述地质勘探是指：确定盾构隧道施工区的地质勘察钻孔数量、钻孔深度和钻孔间距，在施工区间均匀布置勘察钻孔，进行地勘取样。

更优选地，所述地勘取样严格按照规范取样，取样位置在空间上均匀布置，对于同一层位的岩石或土样在不同勘探孔中进行错位取样。

更优选地，第一步的3)中，所述物理力学性质指标是指：土工试验指标、颗粒级配指标、岩石抗压和剪切试验指标。

优选地，第二步中，所述溶洞模拟是指：采用球形空腔来模拟溶洞。所述溶洞模拟的具体建模过程是：根据所述地质勘探得到的溶洞分布情况，在溶洞的位置设置一个正方体，以正方体的中心为球心，取溶洞的平均直径为球的直径；采用布尔运算法则去掉球体，得到球形空腔；对去掉球体的三维实体进行网格划分。

优选地，第二步中，所述开挖面平衡模拟，建模过程是：采用在开挖面加均布力的方法模拟土压平衡过程，采用土仓梯形分布真实压力向均布力简化，均布力合力的大小应与土仓梯形分布真实压力的合力一致。

优选地，第二步中，所述地层损失模拟，建模过程是：通过管片的径向位移来模拟地层损失。

更优选地，所述地层损失模拟，建模过程实现过程如下：

设定的地层损失为隧道开挖面上的点移动到隧道收敛面上的点，隧道上各点的收敛位移为开挖面上的点到收敛点的距离减去相应的收敛面上的点到收敛点的位移；具体地建立以收敛点为坐标原点的极柱坐标系，隧道上各点(ρ,θ)的收敛位移等于隧道收敛前该点的坐标减去隧道收敛后该点的坐标；隧道收敛后圆的方程，即收敛面的方程为：

ρ²-2βrsin(θ-π/2)ρ+(β²-1)r²＝0

对于隧道上任一点的收敛位移u为：

$u=\mathrm{\ρ}-\left(\mathrm{\β}\sin \right(\mathrm{\θ}-\mathrm{\π}/2)+\sqrt{1-{\cos }^2(\mathrm{\θ}-\mathrm{\π}/2){\mathrm{\β}}^2})r$

在三维有限元建模软件中施加收敛位移，具体的：

1)定义模型坐标系：在三维有限元建模软件中，以隧道收敛点为坐标系原点，创建极坐标系(ρ-θ-y)；

2)创建位移函数：在三维有限元建模软件“Fields”场中创建上述收敛位移函数u；

3)定义隧道收敛点：选取隧道上需要收敛的点，在三维有限元建模软件“Load”模块中创建位移边界条件，位移的坐标系选择1)创建的极坐标系，位移值为管片的径向位移，位移的变化形式选择2)创建的收敛位移函数u，则可得到收敛位移图。

优选地，第二步中，所述衬砌及渣土车模拟，建模过程是：用线弹性模型模拟，忽略拼装每环管片的各块的不连续性；盾构渣土车是从盾构机运送开挖面的渣土到隧道外的车辆，通过增加管片的密度来考虑渣土车的重量。

优选地，第二步中，所述盾构隧道施工开挖模拟采用位移法进行模拟。

更优选地，所述盾构隧道施工开挖模拟，采用位移法进行模拟的实现过程如下：

1)生成地层的初始应力场，方法为：移除各环管片单元以及管片与周围土体的连接弹簧；进行应力平衡计算，生成k₀条件下的地层初始应力场；

2)开挖隧道衬砌第一环中土体，在第一环施加开挖面均布力，激活第一环的衬砌单元及衬砌和周围土体单元的接触面连接弹簧，在第一环管片施加收敛位移；

3)开挖隧道衬砌第二环土体，移除第一环施加的均布力，在第二环中施加开挖面均布力，激活第二环的衬砌单元，在第二环管片施加收敛位移；

4)以后各环按以上述2)、3)类推，直至隧道开挖至最后一环。

第三步：计算不同工况条件下，盾构隧道开挖对溶洞产生的垂直位移；

优选地，第三步中，具体实现过程如下：

计算浅埋、深埋条件下，不同直径的溶洞和不同溶洞与隧道垂直距离的影响，为减少运算工作量，取有限个工况进行计算，通过第二步步骤得到各个工况条件下的溶洞洞顶沉降。

优选地，第四步中，具体实现过程如下：

对溶洞洞顶沉降数据进行线性拟合，得到溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化表达式，作溶洞洞顶沉降与隧道距离的正规化关系图，其中：

正规化关系图的横坐标为正规化的溶洞与隧道距离d_v/R，d_v为溶洞与隧道的垂直距离，R为隧道的直径；

正规化关系图的纵坐标为正规化的溶洞洞顶沉降U_v/R，U_v为溶洞洞顶沉降，R为隧道的直径；

根据正规化关系图得到当溶洞与隧道垂直距离为某一数值时，溶洞洞顶沉降为0；当溶洞与隧道的垂直距离大于该数值时，溶洞对隧道开挖没有影响，范围外的溶洞不需要处理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明充分考虑到了下方溶洞对隧道的作用，通过数值模拟方法，确定岩溶地层中隧道与溶洞安全垂直距离。本发明可确定岩溶地层中隧道与溶洞安全垂直距离，且安全距离表达式简单明了，可操作性强，施工操作方便，可靠度高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的模型网格划分图；

图2为本发明一优选实施例的隧道与下方溶洞剖面示意图；

图3为本发明一优选实施例的开挖面土压力简化施加图，其中：(a)为土仓压力梯形分布图，(b)为开挖面土压力均布力简化施加图；

图4为本发明一优选实施例的收敛位移施加示意图，其中：(a)为隧道开挖面、收敛面示意图，(b)为收敛位移极柱坐标系示意图，(c)为隧道极坐标系示意图，(d)为隧道收敛位移施加图；

图5为本发明一优选实施例的溶洞洞顶沉降与隧道距离的正规化关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种上覆砂土岩溶下卧碳质灰岩地层中盾构隧道与溶洞安全垂直距离的确定方法。具体如下所述：

某轨道交通工程位于广州市，盾构施工区间掘进过程中掌子面会出现复合地层。地貌上属于河流冲洪积平原，地势平坦宽广，揭露第四系地层为人工填土，冲洪积砂层和粘性土层及残积层，基岩为石炭系、二叠系岩层。所述确定方法包括如下步骤：

第一步、工程现场地质勘察

具体的：

根据地质勘察确定有限元模型的地层为上覆砂土、下卧碳质灰岩地层；其中：

上部砂土主要包括砂土和粉质粘土，下部硬岩包括强风化和微风化碳质灰岩，微风化碳质灰岩呈深灰色为主，主要为石炭系测水组地层，岩性为炭质灰岩，微晶～隐晶质结构，中厚层状构造，岩芯较完整～完整，呈短柱状，岩质较坚硬；RQD值为30％～80％；岩体基本质量等级为I～II级，其密度是2.72～2.76g/cm³，平均2.76g/cm³；天然湿度状态单轴抗压强度48.0～94.0MPa，平均70.9MPa；饱和状态单轴抗压强度30.7～80.1MPa，平均51.8MPa。隧道范围内主要包括微风化灰岩、砂层和粉质粘土层。

共布置勘察钻孔356个，揭露有溶洞或土洞的钻孔168个，总见洞率47.2％；通过地质钻孔发现，本区间发育有溶蚀裂隙、溶洞、土洞等，以溶洞为主。

第二步、根据第一步工程现场地质勘察所得参数，利用三维有限元建模软件建立模型，模型模拟包括：溶洞模拟、开挖面平衡模拟、地层损失模拟、衬砌及渣土车模拟和盾构隧道施工开挖模拟

具体的：

溶洞在隧道下方时，砂层的厚度为6m、碳质灰岩的厚度为54m。盾构机直径6.28m，隧道直径6m，隧道埋深11m、25m；管片单元弹性模量6.9×10⁹Pa，泊松比0.15，密度2500kg/m³，加上后续台车后密度为3000kg/m³，厚度300mm，每环长度1.5m。

土体考虑为各项同性，所有的土体单元采用摩尔-库伦模型模拟；摩尔-库伦模型中：土层的厚度取隧道埋深与4倍隧道直径之和，取为60m；土层宽度取2倍隧道埋深与8倍隧道直径之和，取为100m；盾构隧道管片每环1.5m，沿隧道推进方向的长度取60m，即四十环管片；溶洞设置在土层三维模型中间，即沿隧道推进方向的20m处。隧道及溶洞的模型网格划分如图1所示。盾构隧道的管片采用弹性模型模拟，每环管片为一个整体，不考虑管片内和管片之间接缝的不连续性。土体和隧道管片均采用8节点实体单元。土体和隧道管片间设置接触，接触类型是面-面接触，接触面摩擦系数是0.25。模型的位移边界条件为：底部为固定边界条件，表面为自由边界条件，四周允许沿重力方向的位移。

采用球形空腔来模拟溶洞。

所述溶洞模拟的具体建模过程是：

根据所述地质勘探得到的溶洞分布情况，在溶洞的位置设置一个正方体，以正方体的中心为球心，取溶洞的平均直径为球的直径；采用布尔运算法则去掉球体，得到球形空腔；对去掉球体的三维实体进行网格划分。图2为隧道与下方溶洞剖面示意图，本实施例中采用过溶洞球心的竖直剖面x'o'z'和水平剖面x'o'y'分析溶洞的变形。

所述开挖面平衡模拟的具体建模过程是：

采用在开挖面加均布力的方法模拟土压平衡过程，采用土仓梯形分布真实压力向均布力简化，均布力合力的大小应与土仓梯形分布真实压力的合力一致，开挖面土压力简化施加如图3所示。所述地层损失模拟的具体建模过程是：通过管片的径向位移来模拟地层损失。

如图4中(a)所示，隧道开挖面上的点为实线，隧道收敛面上的点为虚线，隧道上各点的收敛位移为开挖面上的点到收敛点的距离减去相应的收敛面上的点到收敛点的位移。如图4中(b)所示，建立以收敛点为坐标原点的极柱坐标系，隧道上各点(ρ,θ)的收敛位移等于隧道收敛前该点的坐标减去隧道收敛后该点的坐标。隧道收敛后圆的方程，即收敛面的方程为：

ρ²-2βrsin(θ-π/2)ρ+(β²-1)r²＝0

对于隧道上任一点的收敛位移u为

$u=\mathrm{\ρ}-\left(\mathrm{\β}sin\right(\mathrm{\θ}-\mathrm{\π}/2)+\sqrt{1-{\cos }^2(\mathrm{\θ}-\mathrm{\π}/2){\mathrm{\β}}^2})r$

在三维有限元建模软件中施加收敛位移，具体的：

1、定义模型坐标系：在三维有限元建模软件中，以隧道收敛点为坐标系原点，创建极坐标系(ρ-θ-y)，如图4中(c)所示；

2、创建位移函数：在三维有限元建模软件“Fields”场中创建上述收敛位移函数u；

3、定义隧道收敛点：选取隧道上需要收敛的点，在三维有限元建模软件“Load”模块中创建位移边界条件，位移的坐标系选择步骤1创建的极坐标系，位移值为管片的径向位移，位移的变化形式选择步骤2创建的收敛位移函数u，则可得到如图4中(d)所示的收敛位移图。

所述衬砌及渣土车模拟的具体建模过程是：用线弹性模型模拟，忽略拼装每环管片的各块的不连续性。盾构渣土车是从盾构机运送开挖面的渣土到隧道外的车辆，通过增加管片的密度来考虑渣土车的重量。

所述盾构隧道施工开挖模拟采用位移法模拟隧道开挖，具体实现过程如下：

1、生成地层的初始应力场；

具体方法是：移除各环管片单元以及管片与周围土体的连接弹簧；进行应力平衡计算，生成k₀条件下的地层初始应力场；

2、开挖隧道衬砌第一环中土体，在第一环施加开挖面均布力，激活第一环的衬砌单元及衬砌和周围土体单元的接触面连接弹簧，在第一环管片施加收敛位移；

3、开挖隧道衬砌第二环土体，移除第一环施加的均布力，在第二环中施加开挖面均布力，激活第二环的衬砌单元，在第二环管片施加收敛位移；

4、以后各环以上述2、3步类推，直至隧道开挖至最后一环。

第三步：在第二步建立的有限元分析模型中，计算不同工况条件下，盾构隧道开挖对溶洞产生的垂直位移

在第二步建立的有限元分析模型中，计算浅埋、深埋条件下，不同直径的溶洞和不同溶洞与隧道垂直距离的影响。具体实现过程如下：

为了减少运算工作量，溶洞的直径取0.25倍、0.5倍、1倍、1.5倍隧道直径，溶洞与隧道的垂直距离为0.25倍、0.5倍、1倍、1.5倍于隧道直径，隧道埋深分别为11m、25m，隧道直径为6m。通过有限元分析可得到各个工况条件下的溶洞洞顶沉降。

表1隧道下方溶洞的影响分析的计算工况

第四步：根据第三步中计算结果，作出溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化关系图，并根据正规化关系图判断是否需要对溶洞进行处理

具体实现过程如下：

根据第三步中计算结果，对溶洞洞顶沉降数据进行线性拟合得到溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化表达式，作溶洞洞顶沉降与距离的正规化关系图，正规化关系图如图5所示。正规化关系图横坐标为正规化的溶洞与隧道距离d_v/R，d_v为溶洞与隧道的垂直距离，R为隧道的直径；正规化关系图纵坐标为正规化的溶洞洞顶沉降U_v/R，U_v为溶洞洞顶沉降。根据正规化关系图可得到当溶洞与隧道距离为1.9R时，溶洞洞顶沉降为0，当溶洞与隧道的垂直距离大于1.9R时，溶洞对隧道开挖没有影响，在隧道下方1.9R范围外的溶洞不需要处理。

本发明所述的确定方法，充分考虑到了下方溶洞对隧道的作用，通过数值模拟方法，确定岩溶地层中隧道与溶洞安全垂直距离。本发明可确定岩溶地层中隧道与溶洞安全垂直距离，且安全距离表达式简单明了，可操作性强，施工操作方便，可靠度高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步、工程现场地质勘察，用于获取下一步有限元分析模型建立所需参数；

第二步、根据第一步工程现场地质勘察所得参数，利用三维有限元建模软件建立有限元分析模型，模型模拟包括：溶洞模拟、开挖面平衡模拟、地层损失模拟、衬砌及渣土车模拟和盾构隧道施工开挖模拟；

第三步、在第二步建立的有限元分析模型中，计算不同工况条件下，盾构隧道开挖对溶洞产生的垂直位移；

第四步、根据第三步中计算结果，作出溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化关系图，并根据正规化关系图判断是否需要对溶洞进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，第二步中：

所述溶洞模拟是指：采用球形空腔来模拟溶洞；

所述开挖面平衡模拟，建模过程是：采用在开挖面加均布力的方法模拟土压平衡过程，均布力合力的大小应与土仓梯形分布真实压力的合力一致；

所述地层损失模拟，建模过程是：通过管片的径向位移来模拟地层损失；

所述衬砌及渣土车模拟，建模过程是：用线弹性模型模拟，忽略拼装每环管片的各块的不连续性；盾构渣土车是从盾构机运送开挖面的渣土到隧道外的车辆，通过增加管片的密度来考虑渣土车的重量；

所述盾构隧道施工开挖模拟采用位移法进行模拟。

3.根据权利要求2所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，所述溶洞模拟，建模过程是：

根据地质勘探得到的溶洞分布情况，在溶洞的位置设置一个正方体，以正方体的中心为球心，取溶洞的平均直径为球的直径；采用布尔运算法则去掉球体，得到球形空腔；对去掉球体的三维实体进行网格划分。

4.根据权利要求2所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，所述地层损失模拟，建模过程实现过程如下：

隧道上各点的收敛位移为开挖面上的点到收敛点的距离减去相应的收敛面上的点到收敛点的位移；建立以收敛点为坐标原点的极柱坐标系，隧道上各点(ρ,θ)的收敛位移等于隧道收敛前该点的坐标减去隧道收敛后该点的坐标；隧道收敛后圆的方程，即收敛面的方程为：

ρ²-2βrsin(θ-π/2)ρ+(β²-1)r²＝0，

对于隧道上任一点的收敛位移u为：

$u=\mathrm{\ρ}-\left(\mathrm{\β}sin\right(\mathrm{\θ}-\mathrm{\π}/2)+\sqrt{1-{\cos }^2\left(\mathrm{\θ}-\mathrm{\π}/2\right){\mathrm{\β}}^2})r.$

5.根据权利要求4所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，在三维有限元建模软件中施加收敛位移，具体为：

1)定义模型坐标系：在三维有限元建模软件中，以隧道收敛点为坐标系原点，创建极坐标系(ρ-θ-y)；

2)创建位移函数：在三维有限元建模软件“Fields”场中创建上述收敛位移函数u；

3)定义隧道收敛点：选取隧道上需要收敛的点，在三维有限元建模软件“Load”模块中创建位移边界条件，位移的坐标系选择1)创建的极坐标系，位移值为管片的径向位移，位移的变化形式选择2)创建的收敛位移函数u，则得到收敛位移图。

6.根据权利要求2所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，所述盾构隧道施工开挖模拟，采用位移法进行模拟的实现过程如下：

1)生成地层的初始应力场，方法为：移除各环管片单元以及管片与周围土体的连接弹簧；进行应力平衡计算，生成k₀条件下的地层初始应力场；

2)开挖隧道衬砌第一环中土体，在第一环施加开挖面均布力，激活第一环的衬砌单元及衬砌和周围土体单元的接触面连接弹簧，在第一环管片施加收敛位移；

3)开挖隧道衬砌第二环土体，移除第一环施加的均布力，在第二环中施加开挖面均布力，激活第二环的衬砌单元，在第二环管片施加收敛位移；

4)以后各环按以上述2)、3)类推，直至隧道开挖至最后一环。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，第三步中，具体实现过程如下：

计算浅埋、深埋条件下，不同直径的溶洞和不同溶洞与隧道垂直距离的影响，为减少运算工作量，取有限个工况进行计算，通过第二步步骤得到各个工况条件下的溶洞洞顶沉降。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，第四步中，具体实现过程如下：

对溶洞洞顶沉降数据进行线性拟合，得到溶洞洞顶沉降与溶洞与隧道距离的正规化表达式，作溶洞洞顶沉降与隧道距离的正规化关系图，其中：

正规化关系图的横坐标为正规化的溶洞与隧道距离d_v/R，d_v为溶洞与隧道的垂直距离，R为隧道的直径；

正规化关系图的纵坐标为正规化的溶洞洞顶沉降U_v/R，U_v为溶洞洞顶沉降，R为隧道的直径；

根据正规化关系图得到当溶洞与隧道垂直距离为某一数值时，溶洞洞顶沉降为0；当溶洞与隧道的垂直距离大于该数值时，溶洞对隧道开挖没有影响，范围外的溶洞不需要处理。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，所述第一步，工程现场地质勘察，包括：

1)在盾构隧道施工区域内进行原位测试；

2)在盾构隧道施工区域内进行地质勘探；

3)根据取样岩心和土样确定地层和构造，进行物理力学性质指标统计；

4)根据取样岩心和土样确定溶洞分布情况：位置、深度和大小。

10.根据权利要求9所述的一种砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法，其特征在于，第一步中：

步骤1)中，所述原位测试包括：静力触探试验、动力触探试验、十字板剪切试验；

步骤2)中，所述地质勘探是指：确定盾构隧道施工区的地质勘察钻孔数量、钻孔深度和钻孔间距，在施工区间均匀布置勘察钻孔，进行地勘取样；

步骤3)中，所述物理力学性质指标是指：土工试验指标、颗粒级配指标、岩石抗压和剪切试验指标。