CN108829634A - 一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法，包括以下步骤：设隧道超挖部分以隧道圆心为中心，且沿隧道外径外呈圆环分布。将隧道超挖部分划分为n个面积相等的单元，分别计算各单元完全塌陷对地表造成的沉降，然后再进行叠加求和，求出隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)，该方法能够精确计算得到隧道暗挖施工造成的地表沉降，并且计算过程较为简便。
Description
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，涉及一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法。
背景技术
随着我国经济快速发展，城市化进程不断加快，原有的交通设施难以满足日益增长的交通需要，许多大城市面临交通堵塞等问题。
地铁由于在地下，具有不与地面交通相互干扰，安全舒适、方便快捷、运送量大等优点，已成为城市缓解交通压力的主要措施之一。
地铁隧道施工不可避免的引起地层位移和地表沉降塌陷，在土质地层城市中，地层变形问题是地铁建设普遍关注的问题。
地铁隧道施工引发地表沉降，进而带来的问题主要包括：影响道路平整性，造成路面开裂，对行车安全造成影响；引起地表建筑物基础的不均匀沉降，造成开裂、破坏，甚至倒塌引发人员伤亡；造成地下各种预埋市政管线的变形，引发煤气泄露、自来水管爆裂等问题。
Peck法是工程界最常用的地表沉降的计算方法，该方法计算地表沉降具有简单方便、通俗易懂等优点，但大量的实测数据表明，Peck公式对浅埋隧道的适用性较差，其计算结果误差较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法，该方法能够精确计算隧道暗挖施工造成的地表沉降，并且计算过程较为简便。
为达到上述目的，本发明所述的隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法包括以下步骤：
设隧道超挖部分以隧道圆心为中心，且沿隧道外径外呈圆环分布，将隧道超挖部分划分为n个面积相等的单元，分别计算各单元完全塌陷对地表造成的沉降，然后再进行叠加求和，求出隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)，其中，隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)为：
其中，R为隧道的外径，θ为单元与隧道竖向轴线的夹角，x为地面距隧道中轴线的距离，ii为单元引起地表沉降的沉降槽宽度。
各单元引起地表的沉降Si(x)为：
各单元引起地表沉降的沉降槽宽度ii为：
为土体的内摩擦角。
n＝20。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法在具体操作时，将隧道超挖部分划分为n个面积相等的单元，分别计算各单元完全塌陷对地表造成的沉降，然后再进行求和，得到隧道暗挖施工造成的地表沉降量。该计算方法简单易行，容易理解，计算精度高，无需复杂的数学运算，更不需要编程，使用门槛较低，易于在工程界推广应用。
附图说明
图1为本发明中隧道超挖部分划分结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
Peck公式假设隧道超挖部分完全塌陷造成的地表沉降符合正态分布规律，但大量的实测数据表明，该公式对浅埋隧道的适用性较差，其计算结果误差较大。
参考图1，本发明假设隧道超挖部由若干个面积相等的小单元组成，且认为各个单元完全塌陷造成的地表沉降符合正态分布规律，在此基础上提出了一种新的地表沉降计算方法。首先，分别计算各个单元塌陷造成的地表沉降，再对各个单元造成的地表沉降进行叠加求出总沉降量。该方法只需进行数次重复性计算即可得出较为精确的地表沉降量，且简便易行，可实施性强。
本发明所述的隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法包括以下步骤：
设隧道超挖部分以隧道圆心为中心，且沿隧道外径外呈圆环分布。将隧道超挖部分划分为n个面积相等的单元，分别计算各单元完全塌陷对地表造成的沉降，然后再进行叠加求和，求出隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)，其中，隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)为：
其中，R为隧道的外径，θ为单元与隧道竖向轴线的夹角，x为地面距隧道中轴线的距离，ii为单元引起地表沉降的沉降槽宽度。
各单元引起地表的沉降Si(x)为：
各单元引起地表沉降的沉降槽宽度ii为：
为土体的内摩擦角。
实施例一
为探究一般工程允许误差范围内，对于划分数量n的具体数值进行分析。建立尺寸为30m×20m的二维数值模型进行分析，隧道半径为3m、埋深为6m，位于模型中心。隧道施工地层损失率取为3％、土体内摩擦角取为12.5°。分别计算超挖部分的划分数量为24、20、16、12、8、4的情况下地表沉降曲线的表达式，将本发明提出的计算方法的计算结果和Peck公式的计算结果与数值模拟的结果对比，相对误差如表1所示。
表1
根据表1可知，当n值取20，即将隧道超挖部分均匀划分成20个时，计算结果已经与数值模拟结果无异。因此对于城市地铁隧道施工常遇到的工况，地表沉降的表达式为：
Claims (4)
1.一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
设隧道超挖部分以隧道圆心为中心，且沿隧道外径外呈圆环分布,将隧道超挖部分划分为n个面积相等的单元，分别计算各单元完全塌陷对地表造成的沉降，然后再进行叠加求和，求出隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)，其中，隧道暗挖施工造成的地表沉降量S(x)为：
其中，R为隧道的外径，θ为单元与隧道竖向轴线的夹角，x为地面距隧道中轴线的距离，ii为单元引起地表沉降的沉降槽宽度。
2.根据权利要求1所述的隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法，其特征在于，各单元引起地表的沉降Si(x)为：
3.根据权利要求2所述的隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法，其特征在于，各单元引起地表沉降的沉降槽宽度ii为：
为土体的内摩擦角。
4.根据权利要求1所述的隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法，其特征在于，n＝20。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810662846.XA CN108829634A (zh) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | 一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法 |
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| CN201810662846.XA CN108829634A (zh) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | 一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法 |
Publications (1)
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| CN108829634A true CN108829634A (zh) | 2018-11-16 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN201810662846.XA Pending CN108829634A (zh) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | 一种隧道暗挖施工造成地表沉降的计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108829634A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111980716A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-24 | 中铁十五局集团有限公司 | 一种预测并行隧道非同步掘进引起土体沉降的计算方法 |
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2018
- 2018-06-25 CN CN201810662846.XA patent/CN108829634A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111980716A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-24 | 中铁十五局集团有限公司 | 一种预测并行隧道非同步掘进引起土体沉降的计算方法 |
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