專利名稱：淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種地下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，本發(fā)明涉及一種基于數(shù)值模擬計(jì)算分配權(quán)重的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法。
背景技術(shù)：
地下工程的隱蔽性和復(fù)雜性特點(diǎn)使得地下工程施工具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性，其引起的地表沉降會(huì)危害周邊環(huán)境的安全，甚至造成重大的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。施工步序多、多種工藝交叉的淺埋大斷面隧道施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，其風(fēng)險(xiǎn)性尤甚，對(duì)施工變形控制的要求聞。目前，隧道施工變形控制主要是實(shí)施變形控制措施，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行，變形控制措施包括優(yōu)化施工方案和采用輔助工法。該方法的弊端主要有兩個(gè)方面1)監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)有變形控制值和變形速率，不能夠體現(xiàn)施工變形的動(dòng)態(tài)積累特點(diǎn)，可能造成后續(xù)步序變形儲(chǔ)備小的被動(dòng)局面；2)當(dāng)出現(xiàn)I)中所述被動(dòng)局面時(shí)采用變形控制措施，由于其滯后效應(yīng)，不利于施工安全管理。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種施工變形控制方法，根據(jù)分配權(quán)重計(jì)算每一步序的變形控制值，并提出了分配權(quán)重的計(jì)算方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，包含以下步驟I)采集隧道工程參數(shù)，包括工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)、周邊環(huán)境、施工方法；2)建立數(shù)值模擬模型根據(jù)步驟I中數(shù)據(jù)，建立隧道多步序施工的數(shù)值模擬幾何模型，定義材料特性及其本構(gòu)模型，進(jìn)行幾何模型網(wǎng)格劃分；在網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上施加荷載和添加邊界條件，定義施工階段；說明如下①幾何模型可以在數(shù)值模擬軟件中直接建立或者通過AutoCAD制圖軟件制作再導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件中；②模型的幾何范圍隧道的跨度為L，高度為H，水平方向至少取至邊墻外3. OL處，上邊界依據(jù)工程實(shí)際取定，下邊界至少取至結(jié)構(gòu)底3. OH深度處，隧道位于模型水平方向中心處；③材料特性及其本構(gòu)模型軟土地層采用修正劍橋模型，砂土地層采用摩爾-庫倫模型，結(jié)構(gòu)采用彈性體； ④邊界條件模型上邊界取為自由邊界，下邊界約束豎直方向的位移，其余邊界約束法向位移；⑤施工階段施工階段通過定義單元的鈍化與激活狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，考慮圍巖的荷載釋放系數(shù)；
3)運(yùn)行程序，提取結(jié)果運(yùn)行數(shù)值模擬軟件，對(duì)步驟2中模型進(jìn)行計(jì)算分析，提取并記錄變形數(shù)據(jù)步序i引起的變形值Di和最終變形值D ;4)分配權(quán)重的計(jì)算與應(yīng)用根據(jù)步驟3中提取數(shù)據(jù)Di和D，確定分配權(quán)重計(jì)算規(guī)則變形控制值為C，若D < C，計(jì)算施工步序i的分配權(quán)重及變形控制值；若0 > C，分析引起變形的原因，采取針對(duì)性的技術(shù)措施，重復(fù)步驟2和3，目標(biāo)是D < C，進(jìn)而計(jì)算得到FpCi;采取的針對(duì)性技術(shù)措施包括采用輔助工法和優(yōu)化施工方案，輔助工法包括超前注漿大管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿、跟蹤補(bǔ)償注漿等，優(yōu)化施工方案包括調(diào)節(jié)施工循環(huán)進(jìn)尺、控制開挖臺(tái)階長度、優(yōu)化開挖循環(huán)時(shí)間等；5)監(jiān)控量測(cè)管理與反饋按照分級(jí)原則確定施工步序i的監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)的實(shí)行黃色、橙色和紅色三級(jí)預(yù)警與反饋黃色預(yù)警值Yi = KiXO. 75，橙色報(bào)警值Bi = KiXO. 85，紅色控制值Ki = Ci ;監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)處理，根據(jù)施工步序i的監(jiān)測(cè)值Mi ,Mi SYi啟動(dòng)橙色預(yù)警方案，Mi ^ Bi啟動(dòng)黃色預(yù)警方案，Mi ^ Ki啟動(dòng)紅色預(yù)警方案；上述黃色預(yù)警方案為加密監(jiān)測(cè)頻率，加強(qiáng)預(yù)警點(diǎn)附近周邊環(huán)境的觀察和檢查；橙色預(yù)警方案為在黃色預(yù)警方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善預(yù)警方案，對(duì)施工方案、施工進(jìn)度、支護(hù)參數(shù)進(jìn)行檢查和完善；紅色預(yù)警方案為立即采取正面土體注漿、加強(qiáng)臨時(shí)支撐等應(yīng)急技術(shù)措施并盡快實(shí)施結(jié)構(gòu)閉合，必要時(shí)立即停止開挖施工，會(huì)同施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位，改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)，效果預(yù)評(píng)估后繼續(xù)施工；既有建(構(gòu))筑物的變形控制還包括采取跟蹤注漿抬升方法。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的提取和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理根據(jù)下述規(guī)則進(jìn)行測(cè)點(diǎn)位于導(dǎo)洞開挖影響范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)其對(duì)測(cè)點(diǎn)的影響，開挖超前影響范圍為Y/4，開挖滯后影響范圍為3Y/4，Y為導(dǎo)洞開挖縱向錯(cuò)距。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法強(qiáng)調(diào)全程控制，提出逐步序的變形控制值，細(xì)化監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采取變形控制措施的時(shí)機(jī)的判斷具有前瞻性，克服了現(xiàn)有方法的弊端，并提出采用數(shù)值模擬計(jì)算分配權(quán)重，可操作性強(qiáng)。該方法提出了一種基于數(shù)值模擬的計(jì)算方法，為求解復(fù)雜的大斷面隧道多步序施工引起的變形問題，進(jìn)而計(jì)算變形控制值的分配權(quán)重提供了技術(shù)手段；根據(jù)分配權(quán)重逐步序分解變形控制值到每一步序進(jìn)行控制，階段控制目標(biāo)明確，提高了大斷面隧道多步序施工的變形控制的可靠性。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中圖I為本發(fā)明基于數(shù)值模擬計(jì)算分配權(quán)重的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法工作程序圖；圖2a為數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格模型示意圖；圖2b為數(shù)值計(jì)算模型支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明施工過程中建筑物沉降變形歷時(shí)曲線；
圖4為工程地質(zhì)剖面圖；圖5為下穿建筑物的隧道斷面示意圖； 圖6為下穿建筑物的隧道施工步序示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述，以下實(shí)施方式用于解釋本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面結(jié)合附圖I和某隧道下穿建筑物的施工變形控制對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。I)采集隧道工程參數(shù)，如表I所示。表I隧道工程參數(shù)表

權(quán)利要求
1.一種淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，其特征在于包括以下步驟 (1)采集隧道工程參數(shù)，包括工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)、周邊環(huán)境、施工方法； (2)建立數(shù)值模擬模型 根據(jù)步驟(I)中采集的參數(shù)數(shù)據(jù)，建立隧道多步序施工的數(shù)值模擬幾何模型，定義材料特性及其本構(gòu)模型，進(jìn)行幾何模型網(wǎng)格劃分；在網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上施加荷載和添加邊界條件，定義施工階段； (3)運(yùn)行程序，提取數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果 運(yùn)行數(shù)值模擬軟件，對(duì)步驟(2)中的數(shù)值模擬幾何模型進(jìn)行計(jì)算分析，提取并記錄變形數(shù)據(jù)步序i引起的變形值Di和最終變形值D ; (4)分配權(quán)重的計(jì)算與應(yīng)用 根據(jù)步驟(3)中提取數(shù)據(jù)Di和D，確定分配權(quán)重計(jì)算規(guī)則 變形控制值為C，若D < C，計(jì)算施工步序i的分配權(quán)重及變形控制值；若D > C，分析引起變形的原因，采取針對(duì)性的技術(shù)措施，重復(fù)步驟(2)和(3)，目標(biāo)是D SC，進(jìn)而計(jì)算得到Fi'Ci; (5)監(jiān)控量測(cè)管理與反饋 按照分級(jí)原則確定施工步序i的監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)的實(shí)行黃色、橙色和紅色三級(jí)預(yù)警與反饋其中，黃色預(yù)警值Yi=Ki X O. 75，橙色報(bào)警值Bi=Ki X O. 85，紅色控制值Ki=Ci ； 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)處理，根據(jù)施工步序i的監(jiān)測(cè)值Mi, Mi SYi啟動(dòng)橙色預(yù)警方案，Mi ^ Bi啟動(dòng)黃色預(yù)警方案，Mi ^ Ki啟動(dòng)紅色預(yù)警方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，其特征在于， 所述步驟(2)中的數(shù)值模擬幾何模型為在數(shù)值模擬軟件中直接建立或者通過AutoCAD制圖軟件制作再導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件中； 數(shù)值模擬幾何模型的幾何范圍為隧道的跨度為L，高度為H，水平方向至少取至邊墻外3. OL處，上邊界依據(jù)工程實(shí)際取定，下邊界至少取至結(jié)構(gòu)底3. OH深度處，隧道位于模型水平方向中心處；所述的材料特性及其本構(gòu)模型為軟土地層采用修正劍橋模型，砂土地層采用摩爾-庫倫模型，結(jié)構(gòu)采用彈性體； 所述的邊界條件為模型上邊界取為自由邊界，下邊界約束豎直方向的位移，其余邊界約束法向位移； 所述的施工階段通過定義單元的鈍化、激活狀態(tài)或者生、死來實(shí)現(xiàn)，并考慮圍巖的荷載釋放系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，其特征在于 步驟(4)中所述針對(duì)性技術(shù)措施包括采用輔助工法和/或優(yōu)化施工方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，其特征在于 所述的輔助工法包括超前注漿大管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿或跟蹤補(bǔ)償注漿；所述的優(yōu)化施工方案包括調(diào)節(jié)施工循環(huán)進(jìn)尺、控制開挖臺(tái)階長度或優(yōu)化開挖循環(huán)時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，其特征在于 所述步驟(3)和步驟(5)中數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的提取和監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的處理根據(jù)下述規(guī)則進(jìn)行 測(cè)點(diǎn)位于導(dǎo)洞開挖影響范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)其對(duì)測(cè)點(diǎn)的影響，開挖超前影響范圍為Y/4，開挖滯后影響范圍為3Y/4 ;其中Y為導(dǎo)洞開挖縱向錯(cuò)距。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，其特征在于所述的步驟(5)中黃色預(yù)警方案為加密監(jiān)測(cè)頻率，加強(qiáng)預(yù)警點(diǎn)附近周邊環(huán)境的觀察和檢查；橙色預(yù)警方案為對(duì)施工方案、施工進(jìn)度、支護(hù)參數(shù)進(jìn)行檢查和完善；紅色預(yù)警方案為應(yīng)急技術(shù)措施，包括正面土體注漿、加強(qiáng)臨時(shí)支撐、實(shí)施結(jié)構(gòu)閉合或立即停止開挖施工、改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)，效果預(yù)評(píng)估后繼續(xù)施工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淺埋大斷面隧道多步序施工變形控制方法，包括以下步驟(1)采集隧道工程參數(shù)；(2)建立數(shù)值模擬模型；(3)運(yùn)行程序，提取數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果；(4)分配權(quán)重的計(jì)算與應(yīng)用；(5)監(jiān)控量測(cè)管理與反饋；本發(fā)明方法強(qiáng)調(diào)全程控制，提出逐步序的變形控制值，細(xì)化監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采取變形控制措施的時(shí)機(jī)的判斷具有前瞻性，克服了現(xiàn)有方法的弊端，并提出采用數(shù)值模擬計(jì)算分配權(quán)重，可操作性強(qiáng)。
文檔編號(hào)E21D9/14GK102619531SQ20121005746
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者徐恒國, 譚忠盛, 郭朝, 黃明利 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)