盾构隧道施工对周边环境安全造成影响的分区评估方法与流程

技术特征：

1.盾构隧道施工对周边环境安全造成影响的分区评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、先对隧道施工引起的地表沉降进行计算：

采用统一土体移动模型解对地表沉降进行计算，该计算方法考虑了隧道周边的土质条件，盾构隧道施工引起地表竖向位移的计算公式：

$U_z=\frac{R^2}{2}\·\{\frac{h-z}{y^2+{(h-z)}^2}+\frac{h+z}{y^2+{(h+z)}^2}-\frac{2z[y^2-{(h+z)}^2]}{{[y^2+{(h+z)}^2]}^2}\·\frac{4\mathrm{Rg}-g^2}{4R^2}\·B\·\exp [\frac{y^2\ln \mathrm{\λ}}{{(h+R)}^2}+\frac{z^2(\ln \mathrm{\λ}-\ln \mathrm{\δ})}{{(h+d)}^2}]---\left(1\right),$

其中，

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{4}-\frac{g}{\mathrm{\πR\η}}[\arcsin \left(\frac{d}{R-g/2}\right)+\sqrt{1-{\left(\frac{d}{R-g/2}\right)}^2-1}],$

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{2}-\frac{g}{\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\η}}(R-g/4)\arcsin \left(\frac{d}{R-g/4}\right),$

式中：

R为隧道开挖半径，单位符号为mm；

h为隧道轴线离地面的距离，单位符号为mm；

d为土体移动焦点到隧道中心点的距离，单位符号为mm；

d＝βR，单位符号为mm，其中β为与土质条件有关的计算参数，β取值范围为(0，1)；

y为距离隧道轴线的横向水平距离，单位符号为mm；

z为离地面的竖向距离，由地面向下为正，单位符号为mm；

η为土体损失百分率；

g为等效土体损失参数，单位符号为mm；

盾构隧道施工引起地表水平位移的计算公式：

$U_y=-\frac{R^{2}y}{2}\·\{\frac{1}{y^2+{(h-z)}^2}+\frac{1}{y^2+{(h+z)}^2}-\frac{4z(h+z)}{{[y^2+{(h+z)}^2]}^2}\}\·\frac{4\mathrm{Rg}-g^2}{4R^2}\·B\·\exp [\frac{y^2\ln \mathrm{\λ}}{{(h+R)}^2}+\frac{z^2(\ln \mathrm{\λ}-\ln \mathrm{\δ})}{{(h+d)}^2}]\frac{h}{h+d}---\left(2\right),$

步骤2)：假定隧道上方地表处的最大竖向位移控制值为30mm，根据此竖向位移以及公式(1)，再根据实际工程的隧道开挖半径R，隧道轴线离地面的距离h以及土体移动焦点到隧道中心点的距离d反推出隧道的土体损失率η；

然后按照施工引起的地面沉降警戒值30mm来进行预测的；若施工期间竖向位移超过了30mm，应停止施工，采取控制措施以防工程事故的发生；因此，按照以上假定划分出的影响区已属于最保守的分区；

根据步骤1)中的公式(1)、公式(2)以及实际工程的隧道开挖半径R、土体移动焦点到隧道中心点的距离d、隧道轴线离地面的距离h、隧道的土体损失率η、等效土体损失参数g、对工程中隧道开挖引起的竖向位移U_z和水平位移U_y进行计算，并绘制盾构隧道施工引起的竖向位移等值线图、水平位移等值线图；

根据以下公式可计算出各点对应的总位移U：

$U=\sqrt{{U_z}^2+{U_y}^2}---\left(3\right)$

同样地，绘制总位移等值线图；

步骤3)：提出盾构施工对周围环境的影响根据隧道在对应区域引起的位移5mm、10mm、20mm作为划分影响区的标准控制值，将盾构施工周围区域划分成四个影响区，分别为：强影响区：位移≥20mm、中影响区：10mm≤位移＜20mm、弱影响区：5mm≤位移＜10mm、无影响区：位移＜5mm；

由于位移等值包络线不规则，实际应用不方便，因此先将包络线简化为多段线，再将影响区尖角平整化，最后将直角坐标无量纲化，将横坐标化为距盾构隧道中心的水平距离/盾构隧道轴线埋深，纵坐标化为深度/盾构隧道轴线埋深，能够得到影响区划分图；

根据总位移包络线作出的影响区范围相对于竖向位移和水平向位移偏安全，在实际工程中，应根据工程侧重点选取对应的影响区参照范围；

步骤4)：根据影响分区结果，对实际工程中盾构隧道施工对周边环境的影响进行评估，盾构隧道施工对周边环境的影响均能够通过盾构施工引起的位移来进行评估，应用范围较广泛；

若构筑物处于强影响区，则盾构隧道施工对其影响很大，在施工过程中应该重点保护；

若构筑物处于中影响区，则盾构隧道施工对其影响较大，在施工过程中应该注意保护；

若构筑物处于弱影响区，则盾构隧道施工对其影响小，在施工过程中应稍加保护；

若构筑物处于无影响区，则盾构隧道施工对其影响很小，在监测值正常的情况下根据观察采取相应措施。