专利名称：浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法
技术领域：
本发明属于一种地下工程技术领域，具体的说，本发明涉及一种基于数值模拟计算分配权重的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法。
背景技术：
地下工程的隐蔽性和复杂性特点使得地下工程施工具有较高的风险性，其引起的地表沉降会危害周边环境的安全，甚至造成重大的人身伤亡和经济损失。施工步序多、多种工艺交叉的浅埋大断面隧道施工是一个系统工程，其风险性尤甚，对施工变形控制的要求闻。目前，隧道施工变形控制主要是实施变形控制措施，结合监控量测进行，变形控制措施包括优化施工方案和采用辅助工法。该方法的弊端主要有两个方面1)监控量测控制标准有变形控制值和变形速率，不能够体现施工变形的动态积累特点，可能造成后续步序变形储备小的被动局面；2)当出现I)中所述被动局面时采用变形控制措施，由于其滞后效应，不利于施工安全管理。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种施工变形控制方法，根据分配权重计算每一步序的变形控制值，并提出了分配权重的计算方法。本发明是通过以下技术方案实现上述发明目的，包含以下步骤I)采集隧道工程参数，包括工程地质条件、水文地质条件、结构参数、周边环境、施工方法；2)建立数值模拟模型根据步骤I中数据，建立隧道多步序施工的数值模拟几何模型，定义材料特性及其本构模型，进行几何模型网格划分；在网格模型的基础上施加荷载和添加边界条件，定义施工阶段；说明如下①几何模型可以在数值模拟软件中直接建立或者通过AutoCAD制图软件制作再导入数值模拟软件中；②模型的几何范围隧道的跨度为L，高度为H，水平方向至少取至边墙外3. OL处，上边界依据工程实际取定，下边界至少取至结构底3. OH深度处，隧道位于模型水平方向中心处；③材料特性及其本构模型软土地层采用修正剑桥模型，砂土地层采用摩尔-库伦模型，结构采用弹性体； ④边界条件模型上边界取为自由边界，下边界约束竖直方向的位移，其余边界约束法向位移；⑤施工阶段施工阶段通过定义单元的钝化与激活状态来实现，考虑围岩的荷载释放系数；
3)运行程序，提取结果运行数值模拟软件，对步骤2中模型进行计算分析，提取并记录变形数据步序i引起的变形值Di和最终变形值D ;4)分配权重的计算与应用根据步骤3中提取数据Di和D，确定分配权重计算规则变形控制值为C，若D < C，计算施工步序i的分配权重及变形控制值；若0 > C，分析引起变形的原因，采取针对性的技术措施，重复步骤2和3，目标是D < C，进而计算得到FpCi;采取的针对性技术措施包括采用辅助工法和优化施工方案，辅助工法包括超前注浆大管棚支护、超前小导管注浆、跟踪补偿注浆等，优化施工方案包括调节施工循环进尺、控制开挖台阶长度、优化开挖循环时间等；5)监控量测管理与反馈按照分级原则确定施工步序i的监控量测控制标准值，相应的实行黄色、橙色和红色三级预警与反馈黄色预警值Yi = KiXO. 75，橙色报警值Bi = KiXO. 85，红色控制值Ki = Ci ;监控量测数据及时处理，根据施工步序i的监测值Mi ,Mi SYi启动橙色预警方案，Mi ^ Bi启动黄色预警方案，Mi ^ Ki启动红色预警方案；上述黄色预警方案为加密监测频率，加强预警点附近周边环境的观察和检查；橙色预警方案为在黄色预警方案的基础上，进一步完善预警方案，对施工方案、施工进度、支护参数进行检查和完善；红色预警方案为立即采取正面土体注浆、加强临时支撑等应急技术措施并尽快实施结构闭合，必要时立即停止开挖施工，会同施工单位、监理单位、设计单位和建设单位，改变设计参数，效果预评估后继续施工；既有建(构)筑物的变形控制还包括采取跟踪注浆抬升方法。数值模拟计算结果的提取和监测数据的处理根据下述规则进行测点位于导洞开挖影响范围内时，计其对测点的影响，开挖超前影响范围为Y/4，开挖滞后影响范围为3Y/4，Y为导洞开挖纵向错距。本发明的有益效果是本发明方法强调全程控制，提出逐步序的变形控制值，细化监控量测控制标准，对采取变形控制措施的时机的判断具有前瞻性，克服了现有方法的弊端，并提出采用数值模拟计算分配权重，可操作性强。该方法提出了一种基于数值模拟的计算方法，为求解复杂的大断面隧道多步序施工引起的变形问题，进而计算变形控制值的分配权重提供了技术手段；根据分配权重逐步序分解变形控制值到每一步序进行控制，阶段控制目标明确，提高了大断面隧道多步序施工的变形控制的可靠性。
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中图I为本发明基于数值模拟计算分配权重的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法工作程序图；图2a为数值计算网格模型示意图；图2b为数值计算模型支护结构示意图；图3为本发明施工过程中建筑物沉降变形历时曲线；
图4为工程地质剖面图；图5为下穿建筑物的隧道断面示意图； 图6为下穿建筑物的隧道施工步序示意图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述，以下实施方式用于解释本发明，但不用来限制本发明的保护范围。下面结合附图I和某隧道下穿建筑物的施工变形控制对本发明做进一步的说明。I)采集隧道工程参数，如表I所示。表I隧道工程参数表
权利要求
1.一种浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，其特征在于包括以下步骤 (1)采集隧道工程参数，包括工程地质条件、水文地质条件、结构参数、周边环境、施工方法； (2)建立数值模拟模型 根据步骤(I)中采集的参数数据，建立隧道多步序施工的数值模拟几何模型，定义材料特性及其本构模型，进行几何模型网格划分；在网格模型的基础上施加荷载和添加边界条件，定义施工阶段； (3)运行程序，提取数值模拟计算结果 运行数值模拟软件，对步骤(2)中的数值模拟几何模型进行计算分析，提取并记录变形数据步序i引起的变形值Di和最终变形值D ; (4)分配权重的计算与应用 根据步骤(3)中提取数据Di和D，确定分配权重计算规则 变形控制值为C，若D < C，计算施工步序i的分配权重及变形控制值；若D > C，分析引起变形的原因，采取针对性的技术措施，重复步骤(2)和(3)，目标是D SC，进而计算得到Fi'Ci; (5)监控量测管理与反馈 按照分级原则确定施工步序i的监控量测控制标准值，相应的实行黄色、橙色和红色三级预警与反馈其中，黄色预警值Yi=Ki X O. 75，橙色报警值Bi=Ki X O. 85，红色控制值Ki=Ci ； 监控量测数据及时处理，根据施工步序i的监测值Mi, Mi SYi启动橙色预警方案，Mi ^ Bi启动黄色预警方案，Mi ^ Ki启动红色预警方案。
2.根据权利要求I所述的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，其特征在于， 所述步骤(2)中的数值模拟几何模型为在数值模拟软件中直接建立或者通过AutoCAD制图软件制作再导入数值模拟软件中； 数值模拟几何模型的几何范围为隧道的跨度为L，高度为H，水平方向至少取至边墙外3. OL处，上边界依据工程实际取定，下边界至少取至结构底3. OH深度处，隧道位于模型水平方向中心处；所述的材料特性及其本构模型为软土地层采用修正剑桥模型，砂土地层采用摩尔-库伦模型，结构采用弹性体； 所述的边界条件为模型上边界取为自由边界，下边界约束竖直方向的位移，其余边界约束法向位移； 所述的施工阶段通过定义单元的钝化、激活状态或者生、死来实现，并考虑围岩的荷载释放系数。
3.根据权利要求I所述的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，其特征在于 步骤(4)中所述针对性技术措施包括采用辅助工法和/或优化施工方案。
4.根据权利要求3所述的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，其特征在于 所述的辅助工法包括超前注浆大管棚支护、超前小导管注浆或跟踪补偿注浆；所述的优化施工方案包括调节施工循环进尺、控制开挖台阶长度或优化开挖循环时间。
5.根据权利要求I所述的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，其特征在于 所述步骤(3)和步骤(5)中数值模拟计算结果的提取和监控量测数据的处理根据下述规则进行 测点位于导洞开挖影响范围内时，计其对测点的影响，开挖超前影响范围为Y/4，开挖滞后影响范围为3Y/4 ;其中Y为导洞开挖纵向错距。
6.根据权利要求I所述的浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，其特征在于所述的步骤(5)中黄色预警方案为加密监测频率，加强预警点附近周边环境的观察和检查；橙色预警方案为对施工方案、施工进度、支护参数进行检查和完善；红色预警方案为应急技术措施，包括正面土体注浆、加强临时支撑、实施结构闭合或立即停止开挖施工、改变设计参数，效果预评估后继续施工。
全文摘要
本发明公开了一种浅埋大断面隧道多步序施工变形控制方法，包括以下步骤(1)采集隧道工程参数；(2)建立数值模拟模型；(3)运行程序，提取数值模拟计算结果；(4)分配权重的计算与应用；(5)监控量测管理与反馈；本发明方法强调全程控制，提出逐步序的变形控制值，细化监控量测控制标准，对采取变形控制措施的时机的判断具有前瞻性，克服了现有方法的弊端，并提出采用数值模拟计算分配权重，可操作性强。
文档编号E21D9/14GK102619531SQ20121005746
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者徐恒国, 谭忠盛, 郭朝, 黄明利 申请人:北京交通大学