CN107784193A

CN107784193A - 单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算方法

Info

Publication number: CN107784193A
Application number: CN201710985694.2A
Authority: CN
Inventors: 康佐; 来弘鹏; 温克兵; 赵鑫; 魏琪; 马明波; 薛瑛
Original assignee: Xi'an Sub LLC
Current assignee: Xi'an Sub LLC
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2018-03-09

Abstract

本发明属于隧道下穿工程技术领域，具体涉及到单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算公式。综合考虑到实际施工过程中新建隧道、既有隧道以及上覆地层三重因素相互之间的耦合作用，主要对沉降槽宽度参数进行了修正，包括既有线路区间结构刚度作用下地层沉降槽宽度参数的修正系数和具体地层中新建隧道施工引起的不同埋深条件下沉降槽宽度参数K_Z，进而找到一种简洁准确的计算公式既可以计算新建单孔隧道下穿既有线路过程中的地层沉降，也可以用于计算新建单孔隧道下穿既有线路过程中既有隧道结构的变形及地表沉降。

Description

单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算方法

技术领域

本发明属于隧道下穿工程技术领域，涉及地层沉降的计算，具体涉及一种单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算方法。

背景技术

随着交通建设的迅猛发展及隧道工程技术的不断提高，新建隧道下穿既有线路的情况越来越多，新建隧道修建过程中的施工扰动不可避免的会传递给既有隧道，造成既有线路区间结构产生变形，而既有运营隧道所能够承受的变形范围非常有限，当这种变化超过既有隧道的承受能力或其允许值时，就可能促使既有线路区间结构破坏。

目前预测新建单孔隧道下穿既有线路地层沉降的计算方法，大多数采用经典的Peck经验公式法进行计算，而利用Peck经验公式预测的地层沉降忽略了既有线路结构存在的影响，导致计算得到的结果不准确。通常实际中新建单孔隧道下穿既有线路过程中两者是相互影响的，新建隧道的施工必然会对既有线路产生扰动，而既有线路的存在亦会对新建隧道施工过程中地层变形产生影响，所以新建单孔隧道下穿既有线路过程中存在新建隧道、既有线路、上覆地层三重因素，但目前尚未出现一种计算公式能够全面考虑三者之间的耦合作用来较为准确的预测新建单孔隧道下穿既有线路过程中的地层沉降。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算方法，综合考虑到新建单孔隧道下穿既有线路地层沉降的实际多重因素影响的情况。

为达到上述目的，本发明实现过程如下：

一种单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算方法，其中，S(x)为M点的地层沉降量，M为单孔隧道施工过程下穿既有线路地层内的任意点，x为M点距离单孔隧道轴线的水平距离，

其中：V_l取值0.02％-2％，R为单孔隧道半径，i_am为单孔隧道下穿既有线路沉降槽宽度，

其中，D为单孔隧道开挖直径，取值0.50-0.65，Z为地层埋深，Z₀为单孔隧道轴线埋深，

E为弹性模量，按照《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)取值，

α为单孔隧道支护后的直径与D的比值，

K_f为单孔隧道施工过程引起的自然土体地表沉降槽宽度参数。

本发明的方法还可以应用于单孔隧道施工过程下穿既有线路时既有线路结构沉降变形的计算，以及应用于单孔隧道施工过程下穿既有线路时地表沉降的计算。

本发明的有益效果是：

本发明的单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算，综合考虑到实际施工过程中新建隧道、既有隧道以及上覆地层三重因素相互之间的耦合作用，创新性的对沉降槽宽度参数进行了修正，可以更准确的预测新建单孔隧道下穿既有线路过程中的地层沉降。

附图说明

图1为单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降示意图。

其中，X：水平轴；Z：竖向轴；M：土层内任一点；x为点M与新建隧道轴线之间的水平距离；z为点M与地表的垂直距离，即点M的地层埋深；Z₀：新建单孔隧道轴线埋深；D:新建单孔隧道开挖直径。

1—地表，2—既有隧道，3—任意地层沉降曲面，4—新建单孔隧道。

具体实施方式

以下通过实施例详细描述本发明的实现过程。

实施例1：

本实施例提供一种预测单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降的计算公式，是考虑新建单孔隧道埋深、上覆地层力学特性以及既有隧道结构刚度的影响，主要对沉降槽宽度进行了修正，包括既有线路区间结构刚度作用下地层沉降槽宽度参数的修正系数和具体地层中新建隧道施工引起的不同埋深条件下沉降槽宽度参数K_Z。

首先，先确定出既有区间隧道弯曲刚度W，然后计算出既有线路结构刚度下沉降槽宽度参数修正系数其次，确定出土层埋深条件下沉降槽宽度修正系数和自然土体地表沉降槽宽度参数K_f，K_f基于不同地区的实际经验获得。进一步计算出新建隧道施工引起的自然土体地表之下地层埋深为Z处的沉降槽宽度参数K_Z；最后，结合线路区间结构刚度作用下地层沉降槽宽度参数的修正系数和具体地层中新建隧道施工引起的不同埋深条件下沉降槽宽度参数K_Z计算出地层沉降槽宽度参数K，进一步得到新建单孔隧道下穿既有线路沉降槽宽度i_am。

结合修正的沉降槽宽度计算公式，取不同地层埋深，就可以确定出新建单孔隧道下穿既有线路时的地层沉降。

具体包括：

新建单孔隧道下穿既有线路沉降槽宽度，需要依据地层沉降槽宽度参数K、新建隧道轴线埋深Z₀及地层埋深Z进行计算，计算公式为：

i_am＝K(Z₀-Z)。

进一步的，新建单孔隧道下穿既有线路沉降槽宽度参数K，需要综合考虑既有线路区间结构刚度作用下地层沉降槽宽度参数的修正系数和具体地层中新建隧道施工引起的不同埋深条件下沉降槽宽度参数K_Z两个因素，对应的计算公式为：

进一步的，既有线路区间结构刚度作用下地层沉降槽宽度参数的修正系数，首先，需要确定出既有区间隧道弯曲刚度W，以圆形隧道为例，相应的计算公式为：

D为新建单孔隧道开挖直径，d为支护后的直径

其次，需要确定出既有线路结构刚度下沉降槽宽度参数修正系数计算公式为：

进一步的，具体地层中新建隧道施工引起的不同埋深条件下沉降槽宽度参数K_Z。首先，需要确定出土层埋深条件下沉降槽宽度修正系数一般通过试验或者工程类比法获得；其次，需要确定出新建隧道施工引起的自然土体地表沉降槽宽度参数K_f，一般主要是基于地区的实际经验获得；最后，需要确定出新建隧道施工引起的自然土体地表之下地层埋深为Z处的沉降槽宽度参数K_Z，计算公式为：

进一步的，综合考虑沉降槽宽度参数K、新建隧道轴线埋深Z₀及新建隧道地层埋深Z，确定出新建单孔隧道下穿既有线路沉降槽宽度i_am，计算公式为：

E为弹性模量，取值按照依据《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)，α为新建隧道支护后的直径与隧道开挖直径的比值，Z为地层埋深，Z₀为新建隧道轴线埋深，取值范围为0.5-0.65，一般黏土取值0.65，沙土取值0.50，K_f为新建隧道施工引起的自然土体地表沉降槽宽度参数，这个值与不同地区的实际经验有关，一般参考当地的施工报告就可得出。

进一步的，考虑沉降槽宽度i_am、0.02-2％地层损失率V_i、新建隧道半径R及到新建隧道轴线之间的水平直线距离x确定出新建单孔隧道下穿既有线路地层沉降计算公式为：

以上技术方案提供了一种接近实际的新建单孔隧道下穿既有线路地层沉降的计算公式，通过对沉降槽宽度参数的修正来反映新建隧道、既有隧道以及地层特性在地层变形过程中的影响，能够比较简便准确的预测新建单孔隧道下穿既有线路地层沉降情况。

以下以北京地铁10号线下穿既有隧道1号线的施工举例：

例如北京地铁10号线下穿1号线，新建隧道10号线Z₀取值为19.75m，K_Z为1.865，i_am为11.68m，V_l为0.4，x取值为0，Z取值为16.7m，则最终计算得到的S(x)为5.1mm，而根据官方数据实测最大沉降为4.8mm，预测与实测误差小于1mm，完全可以满足下穿过程中对既有地铁线路区间结构变形预测的需要。

实施例2：

本实施例提供一种新建单孔隧道下穿过程中既有隧道结构沉降变形的计算，包括以下步骤：

步骤1：先计算出既有区间隧道弯曲刚度，接着计算出既有线路结构刚度下沉降槽宽度参数修正系数

步骤2：确定出土层埋深条件下沉降槽宽度修正系数及新建隧道施工引起的自然土体地表沉降槽宽度参数K_f，一般可根据地区的实际经验获得的，然后计算出新建隧道施工引起的沉降槽宽度参数K_Z；

步骤3：取既有隧道结构底板埋深作为计算地层深度Z，带入到下穿既有线路沉降槽宽度计算公式中就可以计算出既有隧道结构的沉降槽宽度i_am；

步骤4：依据既有隧道结构沉降槽宽度、地层损失率、新建隧道半径等参数就可以计算出新建单孔隧道下穿过程中既有隧道结构沉降变形情况。

实施例3：

本实施例提供一种新建单孔隧道下穿既有线路过程中地表沉降的计算，包括以下步骤：

步骤2：取地层深度Z＝0(地表)，埋深条件下新建隧道施工引起的沉降槽宽度参数就等于自然土体地表沉降槽宽度参数，即K_Z＝K_f。

步骤3：依据计算出既有线路区间结构刚度作用下地层沉降槽宽度参数的修正系数和地层中埋深条件下沉降槽宽度参数计算出新建隧道下沉既有隧道地表的沉降槽宽度i_am；

步骤4：依据地表的沉降槽宽度、地层损失率、新建隧道半径等参数就可以计算出新建单孔隧道下穿既有线路过程中地表沉降的情况。

Claims

1.一种单孔隧道施工过程下穿既有线路地层沉降量的计算方法，其中，S(x)为M点的地层沉降量，其特征在于，M为单孔隧道施工过程下穿既有线路地层内的任意点，x为M点距离单孔隧道轴线的水平距离，

E为弹性模量，按照《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)取值，α为单孔隧道支护后的直径与D的比值，

2.权利要求1所述计算方法应用于单孔隧道施工过程下穿既有线路时既有线路结构沉降变形的计算，或者应用于单孔隧道施工过程下穿既有线路时地表沉降的计算。