岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法与流程

本发明涉及交通设施结构安全领域，特别涉及一种岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法、装置计算设备和计算机存储介质。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快和人口的不断增长，城市轨道交通作为缓解城市交通拥堵、提高出行效率的重要手段，得到了广泛应用和发展。然而，在岩溶地质条件复杂的地区，轨道交通的运营面临着诸多难题。岩溶现象的存在也对轨道交通设施的安全性和稳定性构成了潜在威胁，一旦发生岩溶地质灾害，如地层塌陷、隧道变形等，将直接威胁到列车运行安全，甚至引发重大事故。因此，在岩溶区加大对城轨结构周边的施工管理是十分必要的。

2、控制保护区也称安保区，指为保护城市轨道交通结构的正常使用和安全，在其结构及周边的特定范围内设置的控制和保护区域，是轨道交通运营管理的第一条红线。目前，我国行业标准cjj-j/t 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》中关于控制保护区范围的规定要求为“地下车站与隧道结构外边线外侧50米范围内；地面、高架车站及区间结构外边线外侧30米范围内；出入口、通风亭、变电站等建筑物、构筑物外边线外侧10米范围内为控制保护区。当城市轨道交通控制区遇特殊工程地质或特殊外部作业时，应适当扩大城市轨道交通控制保护区范围，如岩溶土洞发育地区、强透水砂层地区、欠固结地域等”。

3、由此可知，当特殊工程地质条件下环境存在时，控制保护区应适当扩大，但并未说明应当具体如何扩大，扩大到什么程度，扩大范围无法定量。而当前相关技术内容，主要是针对轨道交通在车辆运行过程中的安全保障，或是交通规划，尚无针对岩溶地质对交通设施安全性影响的内容，更没有在此基础上的，在面临外部作业时，对既有交通设施周围产生的地质影响的相关内容，没有提出任何面对此种情况下的应对方式，无法保障既有交通设施在特殊地质环境情况下，面临外部作业时的安全。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法和相应的一种岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定装置、计算设备和计算机存储介质。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法，所述方法包括：

3、获取基础地址资料和既有结构的结构参数，确定既有结构在地质断面中的位置及对应的覆盖层类型；

4、根据既有结构所在位置对应的覆盖层类型，建立对应的既有结构与外部作业相对空间的位置关系模型；

5、根据既有结构的结构类型、结构参数以及对应的覆盖层类型，基于位置关系模型，确定临界条件下的范围参数计算方式，并得出对应的临界条件下的控制保护区范围。

6、上述方案中，所述获取基础地址资料和既有结构的结构参数，确定既有结构在地质断面中的位置及对应的覆盖层类型，进一步包括：

7、基于既有结构在地质断面中的位置，以及基础地址资料，确定既有结构所处的地层类型；其中，地层类型至少包括岩溶层和覆盖层；

8、若既有结构处于岩溶层，则结束所述的岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法；

9、若既有结构处于覆盖层，则进一步确定对应的覆盖层类型；其中，所述覆盖层类型至少包括砂土层和黏土层。

10、上述方案中，所述根据既有结构所在位置对应的覆盖层类型，建立对应的既有结构与外部作业相对空间的位置关系模型，进一步包括：

11、所述既有结构与外部作业相对空间的位置关系模型包括，沙漏模型和土洞模型；

12、所述覆盖层类型为砂土层时，对应沙漏模型；

13、所述覆盖层类型为黏土层时，对应土洞模型。

14、上述方案中，所述既有结构的结构类型包括：区间隧道，和，地下车站；其中，地下车站进一步包括：明挖、盖挖法车站，和，矿山法车站。

15、上述方案中，所述根据既有结构的结构类型、结构参数以及对应的覆盖层类型，基于位置关系模型，确定临界条件下的范围参数计算方式，并得出对应的临界条件下的控制保护区范围，进一步包括：

16、当既有结构的结构类型为区间隧道时，若覆盖层为砂土层，则采用沙漏模型进行计算，基于沙漏模型中的几何关系，确定外部作业影响既有结构的临界条件，并据此确定范围参数计算方式；其中，

17、根据基础地址资料和既有结构的结构参数，得到区间隧道的直径d、外部作业基坑开挖深度h以及隧道中心到土岩界面的距离h2；

18、根据区间隧道的直径d，确定既有结构的接近范围l

19、l＝3d；

20、根据隧道中心到土岩界面的距离h2，确定岩溶地面塌陷影响隧道的极限范围m

21、

22、其中，θ为根据沙漏模型中确定的塌陷角；

23、根据沙漏模型，建立临界条件下范围参数之间的几何关系，得到临界条件下的控制保护区范围a

24、

25、其中，n为外部作业影响范围，且n＝1.0h；

26、若覆盖层为黏土层，则采用土洞模型进行计算；基于土洞模型中的几何关系，确定外部作业影响既有结构的临界条件，并据此确定范围参数计算方式；其中，

27、根据基础地址资料和既有结构的结构参数，得到土洞跨度b；

28、根据区间隧道的直径d，确定既有结构的接近范围l

29、l＝3d；

30、根据土洞跨度b，确定岩溶地面塌陷影响隧道的极限范围m

31、m＝1.0b；

32、根据土洞模型，建立临界条件下范围参数之间的几何关系，得到临界条件下的控制保护区范围a

33、a＝l+m+n＝3d+b+h。

34、上述方案中，所述根据既有结构的结构类型、结构参数以及对应的覆盖层类型，基于位置关系模型，确定临界条件下的范围参数计算方式，并得出对应的临界条件下的控制保护区范围，进一步包括：

35、当既有结构的结构类型为明挖、盖挖法车站时，若覆盖层为砂土层，则采用沙漏模型进行计算，基于沙漏模型中的几何关系，确定外部作业影响既有结构的临界条件，并据此确定范围参数计算方式；其中，

36、根据基础地址资料和既有结构的结构参数，得到明挖车站基坑开挖深度h以及覆盖层厚度h1；

37、根据明挖车站基坑开挖深度h，确定既有结构的接近范围l

38、l＝2h；

39、根据覆盖层厚度h1，确定岩溶地面塌陷影响隧道的极限范围m

40、

41、其中，θ为根据沙漏模型中确定的塌陷角；

42、根据沙漏模型，建立临界条件下范围参数之间的几何关系，得到临界条件下的控制保护区范围a

43、

44、若覆盖层为黏土层，则采用土洞模型进行计算；基于土洞模型中的几何关系，确定外部作业影响既有结构的临界条件，并据此确定范围参数计算方式；其中，

45、根据基础地址资料和既有结构的结构参数，得到土洞跨度b；

46、根据明挖车站基坑开挖深度h，确定既有结构的接近范围l

47、l＝2h；

48、根据土洞跨度b，确定岩溶地面塌陷影响隧道的极限范围m

49、m＝1.0b；

50、根据土洞模型，建立临界条件下范围参数之间的几何关系，得到临界条件下的控制保护区范围a

51、a＝l+m+n＝2h+b+h。

52、上述方案中，所述根据既有结构的结构类型、结构参数以及对应的覆盖层类型，基于位置关系模型，确定临界条件下的范围参数计算方式，并得出对应的临界条件下的控制保护区范围，进一步包括：

53、当既有结构的结构类型为矿山法车站时，若覆盖层为砂土层，则采用沙漏模型进行计算，基于沙漏模型中的几何关系，确定外部作业影响既有结构的临界条件，并据此确定范围参数计算方式；其中，

54、根据基础地址资料和既有结构的结构参数，得到隧道毛洞跨度w以及覆盖层厚度h1；

55、根据隧道毛洞跨度w，确定既有结构的接近范围l

56、l＝2.5w；

57、根据覆盖层厚度h1，确定岩溶地面塌陷影响隧道的极限范围m

58、

59、其中，θ为根据沙漏模型中确定的塌陷角；

60、根据沙漏模型，建立临界条件下范围参数之间的几何关系，得到临界条件下的控制保护区范围a

61、

62、若覆盖层为黏土层，则采用土洞模型进行计算；基于土洞模型中的几何关系，确定外部作业影响既有结构的临界条件，并据此确定范围参数计算方式；其中，

63、根据基础地址资料和既有结构的结构参数，得到土洞跨度b；

64、根据隧道毛洞跨度w，确定既有结构的接近范围l

65、l＝2.5w；

66、根据土洞跨度b，确定岩溶地面塌陷影响隧道的极限范围m

67、m＝1.0b；

68、根据土洞模型，建立临界条件下范围参数之间的几何关系，得到临界条件下的控制保护区范围a

69、a＝l+m+n＝2.5w+b+h。

70、根据本发明的另一方面，提供了一种岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定装置，包括：参数获取及类型确定模块、模型建立模块以及范围确定模块；其中，

71、所述参数获取及类型确定模块，用于获取基础地址资料和既有结构的结构参数，确定既有结构在地质断面中的位置及对应的覆盖层类型；

72、所述模型建立模块，用于根据既有结构所在位置对应的覆盖层类型，建立对应的既有结构与外部作业相对空间的位置关系模型；

73、所述范围确定模块，用于根据既有结构的结构类型、结构参数以及对应的覆盖层类型，基于位置关系模型，确定临界条件下的范围参数计算方式，并得出对应的临界条件下的控制保护区范围。

74、根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

75、所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上述的岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法对应的操作。

76、根据本发明的再一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如上述的岩溶环境下轨道交通结构控制保护区范围确定方法对应的操作。

77、根据本发明提供的技术方案，获取基础地址资料和既有结构的结构参数，确定既有结构在地质断面中的位置及对应的覆盖层类型；根据既有结构所在位置对应的覆盖层类型，建立对应的既有结构与外部作业相对空间的位置关系模型；根据既有结构的结构类型、结构参数以及对应的覆盖层类型，基于位置关系模型，确定临界条件下的范围参数计算方式，并得出对应的临界条件下的控制保护区范围。通过对基础地质资料和既有结构的相关参数的获取，确定出作为既有结构的隧道或车站在地质断面中的位置，结合地质断面的分层情况，准确的确定出既有结构附近的地质情况，由此基于覆盖层类型有针对性的建立既有结构与外部作业相对空间的位置关系模型，以此清晰地反映出二者之间的位置关系和几何关系，在此模型的基础上，基于既有结构的不同结构类型以及不同的地层类型，确定出各种情况下会对既有结构产生影响的临界情况，按照此时的临界条件科学地确定出安全保障区范围的相关参数的计算方式，也进而得到精确且合理地得到不同情况下对应的控制保护区范围，以此，对当前可能出现的各种既有结构与地层类型的组合情况均进行了分析，科学且全面的得出了各种情况下对应的控制保护区范围，提升了面临外部施工作业的情况下设置控制保护区范围的准确性和适应性，在进一步提升了交通基础设施结构安全性的情况下，兼顾了外部施工作业方的权益，避免了出现控制保护区范围设计不足或者过量的弊端，大大提升了处理过程的合理性，对交通基础设施相关的工作人员进行了有效地指导。

78、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

79、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。