地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法技術

本發明專利技術提供一種地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，根據是否具有工程施作試驗段或者地區已有資料，選擇不同的方式確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W；方式一為采用回歸分析法確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，方式二為采用經驗公式法和數值模擬法的最小值確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W。通過軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，采用圓曲線簡化模型確定隧道下穿高鐵隧道開挖引起的地表沉降最大值為S

【技術實現步驟摘要】
地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法


[0001]本專利技術涉及地鐵隧道下穿高速鐵路設計
，提供了一種地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法。

技術介紹

[0002]隨著我國城市建設快速發展，城市軌道交通和高速鐵路都處于快速發展期，它們在城市內就不可避免的出現了交叉問題，而城市軌道交通隧道下穿高速鐵路方案往往更加合理。
[0003]地鐵隧道下穿高速鐵路施工過程中不可避免的會產生地面沉降等變形，保證高速鐵路設計軌道的高平順性，勢必需要對地鐵隧道下穿高鐵引起的地面沉降進行控制。目前我國隧道下穿高鐵時引起的地表沉降控制標準往往是根據經驗或類比而來，具有一定的盲目性。
[0004]因此為保證地鐵隧道區間下穿時高速鐵路的行車安全，在工程實踐中，亟需制定出地鐵下穿高速鐵路中地表最大沉降值的設計預測方法。

技術實現思路

[0005]本專利技術為解決上述現有技術的問題，提供一種地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，考慮了多種情況下的地表沉降的影響因素，能夠更精準的獲得地表沉降的最大允許值，防止因設計預測不合理造成施工后地表沉降過大導致的工程危害。
[0006]本專利技術提供了如下的技術方案：
[0007]一種地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，包括下述步驟：
[0008]S1：根據是否具有工程施作試驗段或者地區已有資料，選擇不同的方式確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W：若具有工程施作試驗段或者地區已有資料，則采用方式一確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W；若不具有工程施作試驗段或者地區已有資料，則方式二確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W；方式一為采用回歸分析法確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，方式二為采用經驗公式法和數值模擬法的最小值確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W。
[0009]S2：通過軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，采用圓曲線簡化模型確定隧道下穿高鐵隧道開挖引起的地表沉降最大值為S
max
。
[0010]其中，所述回歸分析的地表沉降槽影響寬度通過下式獲得：
[0011]W1＝5K(H+R)
[0012]式中，K為回歸分析的經驗參數，根據工程施作試驗段或者地區已有資料擬合分析得到；H為隧道覆土厚度；R為隧道計算半徑。
[0013]其中，所述經驗公式的地表沉降槽影響寬度通過下式獲得：
[0014][0015]式中，為土體內摩擦角；H為隧道覆土厚度；R為隧道計算半徑。
[0016]其中，所述數值模擬的地表沉降槽影響寬度通過下述方法獲得：
[0017]首先根據設計資料，確定建模范圍的結構取值；同時根據地質勘察資料，確定適用所采用的計算機三維數值模型軟件的土層劃分以及各層土體的力學參數；然后采用所選用的三維數值模型軟件進行建模，輸入上述結構取值和土層劃分以及各層土體的力學參數；調整并運行模型，完成隧道開挖施工模擬，提取模型計算結果，獲得數值模擬的地表沉降槽影響寬度W3。
[0018]進一步，所述建模范圍的結構取值，包括：沿地鐵線路方向長度l、沿地鐵線路方向長度范圍內的下深h、隧道結構外側3～5倍隧道洞徑、隧道覆土厚度H、隧道計算半徑R。
[0019]進一步，所述計算機三維數值模型軟件的各層土體的力學參數，包括：土層厚度h
層
、重度ρ、彈性模量E、泊松比μ、粘聚力c，土體內摩擦角
[0020]進一步，所述模型運行前的調整包括：根據建模范圍劃分大小合適的網格；確定模型的位移邊界條件，具體為：土體模型的頂面為自由邊界，底面為豎向約束，四周為法向約束。
[0021]進一步，所述模型的運行包括：在建模模型中施加初始豎向重力場，運行軟件計算，模型算至平衡并將計算完成的模型的初始位移清零；然后在建模模型中模擬隧道開挖過程，根據施工進度安排分布計算模擬隧道開挖+隧道襯砌支護設置施工步，運行軟件計算，將模型算至平衡。
[0022]進一步，所述計算機三維數值模型軟件可以選用FLAC 3D、、ABAQUS、MIDAS GTS NX、Plaxis等。
[0023]其中，所述軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，由隧道方向的地表沉降槽影響寬度(W1、W2、W3)、以及隧道方向與軌道方向之間的角度α共同確定。
[0024]其中，所述隧道下穿高鐵隧道開挖引起的地表沉降最大值為S
max
，通過下式獲得：
[0025][0026]式中，r
sh
為沉降圓曲線半徑，由下式確定：
[0027][0028]式中，V
sj
為高速鐵路設計速度。
[0029]進一步，r
sh
可以取上式中的最小值。
[0030]與現有技術相比，本專利技術具有的優點和積極效果是：
[0031]本專利技術針對地鐵隧道下穿高速鐵路無砟軌道道床的情況，根據隧道下穿產生的地表沉降槽影響寬度、下穿處列車的運營速度和軌道平順性的要求，用圓曲線簡化的模擬了軌道沉降槽曲面的形式，建立了地表沉降計算模型，得出了在隧道下穿高鐵隧道開挖引起的高鐵地表沉降最大限值，為下穿工程地表沉降控制標準的制定提供了科學依據，避免了標準制定的“拍腦袋”和“經驗性”，具有一定的技術和經濟意義。同時，為了適應不同地區已有資料的完整程度以及工程施作試驗段的數據完整情況，采用了采用回歸分析法、經驗公式法和數值模擬法的合理結合，并運用最為簡化的模擬模型，采用每種模擬計算法的最小計算量，達到了地表沉降最為可靠的控制標準確定數據。
附圖說明
[0032]圖1為地表軌道沉降槽計算模型；
[0033]圖2是本專利技術實施例的三維數值模型圖；
[0034]圖3是本專利技術實施例的三維數值模型計算得到的沉降槽曲線圖。
具體實施方式
[0035]以下結合附圖對本專利技術的技術方案作進一步說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本專利技術所保護的范圍。
[0036]本專利技術的地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，根據隧道下穿產生的地表沉降槽影響寬度、下穿處列車的運營速度和軌道平順性的要求，用圓曲線簡化模型模擬了地表軌道沉降槽曲面的形式，建立地表軌道沉降槽計算模型。具體的，假設地表軌道沉降槽曲面為圓曲線，r
sh
為圓曲線半徑(沉降曲率半徑)。考慮區域性的均勻沉降為S2，隧道下穿引起的地表沉降最大值為S
max
，軌道方向(投影方向)的地表沉降槽影響寬度為W(圖中寬度的一半以W/2表示)，地表軌道沉降槽計算模型見圖1。
[0037]下述設計預測方法中，可以根據地鐵設計資料得到以下參數：隧道覆土厚度H、隧道計算半徑R、高速鐵路設計速度V
sj
、地鐵隧道方向與軌道方向之間的角度α。
[0038]求解圓曲線函數可以得出在隧道本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，包括下述步驟：S1：根據是否具有工程施作試驗段或者地區已有資料，選擇不同的方式確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W：若具有工程施作試驗段或者地區已有資料，則采用方式一確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W；若不具有工程施作試驗段或者地區已有資料，則方式二確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W；方式一為采用回歸分析法確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，方式二為采用經驗公式法和數值模擬法的最小值確定軌道方向的地表沉降槽影響寬度W。S2：通過軌道方向的地表沉降槽影響寬度W，采用圓曲線簡化模型確定隧道下穿高鐵隧道開挖引起的地表沉降最大值為S
max
。2.根據權利要求1所述的地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，其特征在于，所述回歸分析的地表沉降槽影響寬度通過下式獲得：W1＝5K(H+R)式中，K為回歸分析的經驗參數，根據工程施作試驗段或者地區已有資料擬合分析得到；H為隧道覆土厚度；R為隧道計算半徑；所述經驗公式的地表沉降槽影響寬度通過下式獲得：式中，為土體內摩擦角；H為隧道覆土厚度；R為隧道計算半徑。3.根據權利要求1所述的地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，其特征在于，所述數值模擬的地表沉降槽影響寬度通過下述方法獲得：首先根據設計資料，確定建模范圍的結構取值；同時根據地質勘察資料，確定適用所采用的計算機三維數值模型軟件的土層劃分以及各層土體的力學參數；然后采用所選用的三維數值模型軟件進行建模，輸入上述結構取值和土層劃分以及各層土體的力學參數；調整并運行模型，完成隧道開挖施工模擬，提取模型計算結果，獲得數值模擬的地表沉降槽影響寬度W3。4.根據權利要求3所述的地鐵隧道下穿高速鐵路地表沉降限值的設計預測方法，其特征在于，所述建模范圍的結構取值，包括：沿地鐵線路方向長度l、沿地鐵線路方向長度范圍內...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鵬，吳海艷，王達麟，張繼清，楊貴生，張春雷，張浩，胡奇凡，郭劍勇，曾佳亮，費瑞振，康鏡，劉穎，劉強，靳瑞杰，楊守峰，時曉貝，王林輝，王正松，侯靖宇，于學敏，
申請(專利權)人：中國鐵路設計集團有限公司，
類型：發明
國別省市：