CN117108355A - 一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法 - Google Patents

一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，通过该方法可以确定哪些溶洞需要处理，哪些溶洞不需要处理，进而为溶洞的精细化处置提供了指导方案，从而有利于降低施工成本，以及节省溶洞处置时长。

Description

一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法
技术领域
本申请涉及隧道工程技术领域，具体而言，涉及一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法。
背景技术
岩溶地层在我国分布广泛，大直径盾构隧道难以避免在岩溶地层中施工。由于岩溶地层中的溶洞的隐蔽性与不确定性，在岩溶地层中进行大直径盾构隧道施工前需要将溶洞提前处理，否则会对后续的隧道施工和运营造成极大威胁。在现有技术中，通常的做法是将隧道周围的溶洞都进行处置，这样就会导致施工成本较高，且溶洞处置时间较长，因此目前亟需一种溶洞是否处置的确定方法，以为溶洞精细化处置提供指导方案。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，以为溶洞精细化处置提供指导方案，从而降低施工成本，以及节省溶洞处置时长。
针对上述问题，本申请实施例提供了一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，所述方法包括：
根据盾构隧道工程现场地质勘探所得到的地质参数和预设的隧道施工参数，利用有限差分原理构建分析模型，所述分析模型包括：岩土层模型、溶洞模型、隧道模型、衬砌模型、盾壳模型、注浆层模型和开挖面模型；
将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，得到在不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸；
根据所述隧道施工参数中的隧道埋深和所述地质参数中用于描述地层的物理学的参数，计算不同隧道埋深下不同溶洞填充物的起裂压力；其中，当溶洞填充物的起裂压力大于盾构泥水支护压力时，将该溶洞填充物作为在该隧道埋深下可不处置的溶洞填充物；
根据不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸和不同隧道埋深下对应的可不处置的溶洞填充物，确定溶洞侵入隧道范围内时可不处置的全填充溶洞的溶洞填充物和溶洞尺寸；
利用所述分析模型模拟溶洞位于隧道范围外的不同位置，并计算不同尺寸溶洞在隧道范围外的极限安全距离，以及计算所述极限安全距离与0.25D之间的第二差值，将最小的第二差值对应的溶洞尺寸作为溶洞位于隧道范围外时可不处置溶洞的第二极限尺寸，其中，D为预设的隧道尺寸；
将隧道侧部0.25D和隧道下部0.5D以内、隧道水平中线以下作为高风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.25D以内、隧道水平中线以上作为次高风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.25D、隧道下部0.5D以外，隧道顶部和隧道侧部0.5D、隧道下部1.0D以内作为中风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.5D、隧道下部1.0D以外作为低风险区，当实际目标溶洞位于高风险区时均需处置，当所述实际目标溶洞处于次高风险区时，根据可不处置的全填充溶洞的溶洞填充物和溶洞尺寸，确定所述实际目标溶洞是否处置，当所述实际目标溶洞处于中风险区时，根据所述第二极限尺寸，确定所述实际目标溶洞的是否处置，当所述实际目标溶洞处于低风险区时，均不处置。
可选地，所述将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，得到在不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸，包括：
将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，对于每个指定位置，计算在该指定位置处，不同尺寸的溶洞侵入该指定位置处的衬砌时的弯矩和轴力；
利用不同尺寸的溶洞侵入该指定位置处的衬砌时的弯矩和轴力计算不同尺寸的溶洞在该指定位置处侵入衬砌时衬砌截面的安全系数；
计算不同尺寸的溶洞在该指定位置处侵入衬砌时衬砌截面的安全系数和该指定位置处的衬砌截面的预设极限安全系数的第一差值，将最小的第一差值对应的溶洞尺寸作为在该指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸。
可选地，所述岩土层模型用于岩土层模拟，所述溶洞模型用于溶洞模拟，所述隧道模型用于隧道开挖模拟，所述衬砌模型用于衬砌模拟，所述盾壳模型用于盾壳模拟，所述注浆层模型用于注浆层模拟，所述开挖面模型用于开挖面模拟，所述地质参数包括：溶洞位置、溶洞大小、溶洞填充物、溶洞填充比例，溶洞填充物的内摩擦角、溶洞填充物的粘聚力，岩土层的重度、岩土层的内摩擦角、岩土层的粘聚力、岩土层的弹性模量、岩土层的泊松比，所述隧道施工参数包括：盾壳直径、盾壳长度、衬砌直径、衬砌厚度、隧道埋深，盾壳的弹性模量、盾壳的泊松比、盾壳的容重，衬砌的弹性模量、衬砌的泊松比、衬砌的容重，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比和注浆层的容重，所述岩土层模型是根据盾构隧道工程现场的地层分布情况和各岩土层厚度建立的，以进行岩土层模拟，所述溶洞模型是采用球形空腔来进行溶洞模拟的，在进行溶洞模拟时不添加溶洞填充物，球形空腔的直径取自溶洞的最大尺寸，所述隧道模型是通过将隧道以内的岩土体去除来进行隧道开挖模拟的，所述衬砌模型、所述盾壳模型和所述注浆层模是在隧道开挖模拟后，对原有岩土层模型进行替换后进行所述衬砌模型、所述盾壳模拟和所述注浆层模拟的，所述开挖面模型是采用在开挖面加仓梯形分布力的方法模拟泥水平衡过程来进行开挖面模拟的。
可选地，所述岩土层模型采用摩尔库伦本构模型，所述盾壳模型、所述衬砌模型、所述注浆层模型均采用弹性本构模型，其中，在所述盾壳模型对应弹性本构模型中，盾壳的容重按盾构主机的容重换算取值，在所述注浆层模型中，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比、注浆层的容重按浆液未硬化的参数取值。
可选地，在模拟溶洞侵入衬砌时，将所述溶洞模型设置在所述衬砌模型的外边界上，采用布尔运算法则去掉衬砌外边界以内的球体部分，以模拟溶洞侵入衬砌。
可选地，在确定所述安全系数时，通过以下公式来确定：
其中，为混凝土的抗压极限强度，单位为kPa；R 1为混凝土或砌体的抗拉极限强度，单位为kPa；N为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面的轴力，单位为kN；M为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面弯矩，单位为kN·m；b为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面宽度，单位为m；h为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面厚度，单位为m；/>为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面的轴力的偏心影响系数，所述预设极限安全系数取值为2.4。
可选地，在计算溶洞填充物的起裂压力时，通过以下公式计算：
；
其中，P f 为溶洞填充物的起裂压力，σ 3为地层中的最小主应力，单位为kPa，φ f为溶洞填充物的内摩擦角，c f为溶洞填充物的粘聚力；
所述地层中的最小主应力σ 3的计算式为：
；
其中，Z为隧道埋深，单位为m；q为设定的地表超载，单位为kPa，岩土层的内摩擦角φ g，γ g为岩土层的重度。
可选地，所述盾构泥水支护压力是通过以下公式得到的：
；
式中：k 0为静止土压力系数；γ g为岩土层的重度；γ w为水的重度，单位为kN/m3；Z为隧道埋深，单位为m；Z w为水位埋深，单位为m；Pa为预留压力，单位为kPa。
可选地，所述极限安全距离是通过调整所述分析模型中溶洞与隧道间的距离，直至两者塑性区贯通后，将此时两者间的净距作为极限安全距离的。
通过上述方法可以确定哪些溶洞需要处理，哪些溶洞不需要处理，进而为溶洞的精细化处置提供了指导方案，从而有利于降低施工成本，以及节省溶洞处置时长。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种隧道的截面示意图；
图3为本申请实施例提供的一种风险区划分的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。 应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。 此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
图1为本申请实施例提供的一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101、根据盾构隧道工程现场地质勘探所得到的地质参数和预设的隧道施工参数，利用有限差分原理构建分析模型，所述分析模型包括：岩土层模型、溶洞模型、隧道模型、衬砌模型、盾壳模型、注浆层模型和开挖面模型。
步骤102、将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，得到在不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸。
步骤103、根据所述隧道施工参数中的隧道埋深和所述地质参数中用于描述地层的物理学的参数，计算不同隧道埋深下不同溶洞填充物的起裂压力；其中，当溶洞填充物的起裂压力大于盾构泥水支护压力时，将该溶洞填充物作为在该隧道埋深下可不处置的溶洞填充物。
步骤104、根据不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸和不同隧道埋深下对应的可不处置的溶洞填充物，确定溶洞侵入隧道范围内时可不处置的全填充溶洞的溶洞填充物和溶洞尺寸。
步骤105、利用所述分析模型模拟溶洞位于隧道范围外的不同位置，并计算不同尺寸溶洞在隧道范围外的极限安全距离，以及计算所述极限安全距离与0.25D之间的第二差值，将最小的第二差值对应的溶洞尺寸作为溶洞位于隧道范围外时可不处置溶洞的第二极限尺寸，其中，D为预设的隧道尺寸。
步骤106、将隧道侧部0.25D和隧道下部0.5D以内、隧道水平中线以下作为高风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.25D以内、隧道水平中线以上作为次高风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.25D、隧道下部0.5D以外，隧道顶部和隧道侧部0.5D、隧道下部1.0D以内作为中风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.5D、隧道下部1.0D以外作为低风险区，当实际目标溶洞位于高风险区时均需处置，当所述实际目标溶洞处于次高风险区时，根据可不处置的全填充溶洞的溶洞填充物和溶洞尺寸，确定所述实际目标溶洞是否处置，当所述实际目标溶洞处于中风险区时，根据所述第二极限尺寸，确定所述实际目标溶洞的是否处置，当所述实际目标溶洞处于低风险区时，均不处置。
在一个可行的实施方案中，所述岩土层模型用于岩土层模拟，所述溶洞模型用于溶洞模拟，所述隧道模型用于隧道开挖模拟，所述衬砌模型用于衬砌模拟，所述盾壳模型用于盾壳模拟，所述注浆层模型用于注浆层模拟，所述开挖面模型用于开挖面模拟，所述地质参数包括：溶洞位置、溶洞大小、溶洞填充物、溶洞填充比例，溶洞填充物的内摩擦角、溶洞填充物的粘聚力，岩土层的重度、岩土层的内摩擦角、岩土层的粘聚力、岩土层的弹性模量、岩土层的泊松比，所述隧道施工参数包括：盾壳直径、盾壳长度、衬砌直径、衬砌厚度、隧道埋深，盾壳的弹性模量、盾壳的泊松比、盾壳的容重，衬砌的弹性模量、衬砌的泊松比、衬砌的容重，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比和注浆层的容重，所述岩土层模型是根据盾构隧道工程现场的地层分布情况和各岩土层厚度建立的，以进行岩土层模拟，所述溶洞模型是采用球形空腔来进行溶洞模拟的，在进行溶洞模拟时不添加溶洞填充物，球形空腔的直径取自溶洞的最大尺寸，所述隧道模型是通过将隧道以内的岩土体去除来进行隧道开挖模拟的，所述衬砌模型、所述盾壳模型和所述注浆层模是在隧道开挖模拟后，对原有岩土层模型进行替换后进行所述衬砌模型、所述盾壳模拟和所述注浆层模拟的，所述开挖面模型是采用在开挖面加仓梯形分布力的方法模拟泥水平衡过程来进行开挖面模拟的。
具体的，在隧道开挖之前需要对盾构隧道工程现场地质进行勘探，以得到地质参数，并且还要对隧道进行设计，在隧道设计完成后，可以得到隧道施工参数，利用上述得到的两种参数，根据有限差分原理构建分析模型，其中，所述地质参数包括：溶洞位置、溶洞大小、溶洞填充物、溶洞填充比例，溶洞填充物的内摩擦角、溶洞填充物的粘聚力，岩土层的重度、岩土层的内摩擦角、岩土层的粘聚力、岩土层的弹性模量、岩土层的泊松比，所述隧道施工参数包括：盾壳直径、盾壳长度、衬砌直径、衬砌厚度、隧道埋深，盾壳的弹性模量、盾壳的泊松比、盾壳的容重，衬砌的弹性模量、衬砌的泊松比、衬砌的容重，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比和注浆层的容重。
上述得到的分析模型包括：岩土层模型、溶洞模型、隧道模型、衬砌模型、盾壳模型、注浆层模型和开挖面模型，其中，所述岩土层模型用于岩土层模拟，所述溶洞模型用于溶洞模拟，所述隧道模型用于隧道开挖模拟，所述衬砌模型用于衬砌模拟，所述盾壳模型用于盾壳模拟，所述注浆层模型用于注浆层模拟，所述开挖面模型用于开挖面模拟。
需要说明的是，具体采用何种地质参数和隧道施工参数来构建上述模型可以根据实际需要进行设定和调整，在此不做具体限定。
图2为本申请实施例提供的一种隧道的截面示意图，隧道和溶洞的分布方式如图2所示，图2中不规则的图形均表示溶洞。
关于上述模型的位置关系可根据实际需要以及隧道现场进行设置，在此不再详细说明。
图3为本申请实施例提供的一种风险区划分的示意图，如图3所示，图3中的虚线为隧道水平中线，通过图3可以清楚知道各个风险区所在的区域，其中，低风险区并未在图3中示出。
通过图1所示的方法可以确定哪些溶洞需要处理，哪些溶洞不需要处理，进而为溶洞的精细化处置提供了指导方案，从而有利于降低施工成本，以及节省溶洞处置时长。
在一个可行的实施方案中，所述将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，得到在不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸，可以通过以下步骤实现：
步骤1、将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，对于每个指定位置，计算在该指定位置处，不同尺寸的溶洞侵入该指定位置处的衬砌时的弯矩和轴力。
步骤2、利用不同尺寸的溶洞侵入该指定位置处的衬砌时的弯矩和轴力计算不同尺寸的溶洞在该指定位置处侵入衬砌时衬砌截面的安全系数。
步骤3、计算不同尺寸的溶洞在该指定位置处侵入衬砌时衬砌截面的安全系数和该指定位置处的衬砌截面的预设极限安全系数的第一差值，将最小的第一差值对应的溶洞尺寸作为在该指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸。
在一个可行的实施方案中，所述岩土层模型采用摩尔库伦本构模型，所述盾壳模型、所述衬砌模型、所述注浆层模型均采用弹性本构模型，其中，在所述盾壳模型对应弹性本构模型中，盾壳的容重按盾构主机的容重换算取值，在所述注浆层模型中，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比、注浆层的容重按浆液未硬化的参数取值。
在一个可行的实施方案中，在模拟溶洞侵入衬砌时，将所述溶洞模型设置在所述衬砌模型的外边界上，采用布尔运算法则去掉衬砌外边界以内的球体部分，以模拟溶洞侵入衬砌。
在一个可行的实施方案中，在确定所述安全系数时，通过以下公式来确定：
其中，为混凝土的抗压极限强度，单位为kPa；R 1为混凝土或砌体的抗拉极限强度，单位为kPa；N为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面的轴力，单位为kN；M为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面弯矩，单位为kN·m；b为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面宽度，单位为m；h为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面厚度，单位为m；/>为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面的轴力的偏心影响系数，所述预设极限安全系数取值为2.4。
在一个可行的实施方案中，在计算溶洞填充物的起裂压力时，通过以下公式计算：
；
其中，P f 为溶洞填充物的起裂压力，σ 3为地层中的最小主应力，单位为kPa，φ f为溶洞填充物的内摩擦角，c f为溶洞填充物的粘聚力；
所述地层中的最小主应力σ 3的计算式为：
；
其中，Z为隧道埋深，单位为m；q为设定的地表超载，单位为kPa，岩土层的内摩擦角φ g，γ g为岩土层的重度。
在一个可行的实施方案中，所述盾构泥水支护压力是通过以下公式得到的：
；
式中：k 0为静止土压力系数；γ g为岩土层的重度；γ w为水的重度，单位为kN/m3；Z为隧道埋深，单位为m；Z w为水位埋深，单位为m；Pa为预留压力，单位为kPa。
在一个可行的实施方案中，所述极限安全距离是通过调整所述分析模型中溶洞与隧道间的距离，直至两者塑性区贯通后，将此时两者间的净距作为极限安全距离的。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据盾构隧道工程现场地质勘探所得到的地质参数和预设的隧道施工参数，利用有限差分原理构建分析模型，所述分析模型包括：岩土层模型、溶洞模型、隧道模型、衬砌模型、盾壳模型、注浆层模型和开挖面模型；
将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，得到在不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸；
根据所述隧道施工参数中的隧道埋深和所述地质参数中用于描述地层的物理学的参数，计算不同隧道埋深下不同溶洞填充物的起裂压力；其中，当溶洞填充物的起裂压力大于盾构泥水支护压力时，将该溶洞填充物作为在该隧道埋深下可不处置的溶洞填充物；
根据不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸和不同隧道埋深下对应的可不处置的溶洞填充物，确定溶洞侵入隧道范围内时可不处置的全填充溶洞的溶洞填充物和溶洞尺寸；
利用所述分析模型模拟溶洞位于隧道范围外的不同位置，并计算不同尺寸溶洞在隧道范围外的极限安全距离，以及计算所述极限安全距离与0.25D之间的第二差值，将最小的第二差值对应的溶洞尺寸作为溶洞位于隧道范围外时可不处置溶洞的第二极限尺寸，其中，D为预设的隧道尺寸；
将隧道侧部0.25D和隧道下部0.5D以内、隧道水平中线以下作为高风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.25D以内、隧道水平中线以上作为次高风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.25D、隧道下部0.5D以外，隧道顶部和隧道侧部0.5D、隧道下部1.0D以内作为中风险区，将隧道顶部和隧道侧部0.5D、隧道下部1.0D以外作为低风险区，当实际目标溶洞位于高风险区时均需处置，当所述实际目标溶洞处于次高风险区时，根据可不处置的全填充溶洞的溶洞填充物和溶洞尺寸，确定所述实际目标溶洞是否处置，当所述实际目标溶洞处于中风险区时，根据所述第二极限尺寸，确定所述实际目标溶洞的是否处置，当所述实际目标溶洞处于低风险区时，均不处置。
2.如权利要求1所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，所述将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，得到在不同指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸，包括：
将所述隧道施工参数中用于描述衬砌强度的参数和衬砌受力的参数输入到所述分析模型中，并利用所述分析模型模拟不同尺寸的溶洞在不同指定位置侵入衬砌，对于每个指定位置，计算在该指定位置处，不同尺寸的溶洞侵入该指定位置处的衬砌时的弯矩和轴力；
利用不同尺寸的溶洞侵入该指定位置处的衬砌时的弯矩和轴力计算不同尺寸的溶洞在该指定位置处侵入衬砌时衬砌截面的安全系数；
计算不同尺寸的溶洞在该指定位置处侵入衬砌时衬砌截面的安全系数和该指定位置处的衬砌截面的预设极限安全系数的第一差值，将最小的第一差值对应的溶洞尺寸作为在该指定位置处侵入衬砌时可不处置溶洞的第一极限尺寸。
3.如权利要求1所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，所述岩土层模型用于岩土层模拟，所述溶洞模型用于溶洞模拟，所述隧道模型用于隧道开挖模拟，所述衬砌模型用于衬砌模拟，所述盾壳模型用于盾壳模拟，所述注浆层模型用于注浆层模拟，所述开挖面模型用于开挖面模拟，所述地质参数包括：溶洞位置、溶洞大小、溶洞填充物、溶洞填充比例，溶洞填充物的内摩擦角、溶洞填充物的粘聚力，岩土层的重度、岩土层的内摩擦角、岩土层的粘聚力、岩土层的弹性模量、岩土层的泊松比，所述隧道施工参数包括：盾壳直径、盾壳长度、衬砌直径、衬砌厚度、隧道埋深，盾壳的弹性模量、盾壳的泊松比、盾壳的容重，衬砌的弹性模量、衬砌的泊松比、衬砌的容重，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比和注浆层的容重，所述岩土层模型是根据盾构隧道工程现场的地层分布情况和各岩土层厚度建立的，以进行岩土层模拟，所述溶洞模型是采用球形空腔来进行溶洞模拟的，在进行溶洞模拟时不添加溶洞填充物，球形空腔的直径取自溶洞的最大尺寸，所述隧道模型是通过将隧道以内的岩土体去除来进行隧道开挖模拟的，所述衬砌模型、所述盾壳模型和所述注浆层模是在隧道开挖模拟后，对原有岩土层模型进行替换后进行所述衬砌模型、所述盾壳模拟和所述注浆层模拟的，所述开挖面模型是采用在开挖面加仓梯形分布力的方法模拟泥水平衡过程来进行开挖面模拟的。
4.如权利要求3所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，所述岩土层模型采用摩尔库伦本构模型，所述盾壳模型、所述衬砌模型、所述注浆层模型均采用弹性本构模型，其中，在所述盾壳模型对应弹性本构模型中，盾壳的容重按盾构主机的容重换算取值，在所述注浆层模型中，注浆层的弹性模量、注浆层的泊松比、注浆层的容重按浆液未硬化的参数取值。
5.如权利要求1所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，在模拟溶洞侵入衬砌时，将所述溶洞模型设置在所述衬砌模型的外边界上，采用布尔运算法则去掉衬砌外边界以内的球体部分，以模拟溶洞侵入衬砌。
6.如权利要求2所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，在确定所述安全系数时，通过以下公式来确定：
其中，为混凝土的抗压极限强度，单位为kPa；R 1为混凝土或砌体的抗拉极限强度，单位为kPa；N为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面的轴力，单位为kN；M为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面弯矩，单位为kN·m；b为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面宽度，单位为m；h为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面厚度，单位为m；/>为溶洞侵入衬砌位置处衬砌截面的轴力的偏心影响系数，所述预设极限安全系数取值为2.4。
7.如权利要求1所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，在计算溶洞填充物的起裂压力时，通过以下公式计算：
；
其中，P f 为溶洞填充物的起裂压力，σ 3为地层中的最小主应力，单位为kPa，φ f为溶洞填充物的内摩擦角，c f为溶洞填充物的粘聚力；
所述地层中的最小主应力σ 3的计算式为：
；
其中，Z为隧道埋深，单位为m；q为设定的地表超载，单位为kPa，岩土层的内摩擦角φ g，γ g为岩土层的重度。
8.如权利要求1所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，所述盾构泥水支护压力是通过以下公式得到的：
；
式中：k 0为静止土压力系数；γ g为岩土层的重度；γ w为水的重度，单位为kN/m3；Z为隧道埋深，单位为m；Z w为水位埋深，单位为m；Pa为预留压力，单位为kPa。
9.如权利要求1所述的大直径盾构隧道溶洞是否处置的确定方法，其特征在于，所述极限安全距离是通过调整所述分析模型中溶洞与隧道间的距离，直至两者塑性区贯通后，将此时两者间的净距作为极限安全距离的。
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