(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210540381.7 (22)申请日 2022.05.17 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 齐永洁　周建　朱建才　袁逢逢　 尚肖楠　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 邱启旺 (51)Int.Cl. E21D 9/06(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06T 17/05(2011.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种土岩复合地层中盾构掘进引起的土体 位移预测方法 (57)摘要 本发明公布了一种土岩复合地层中盾构掘 进引起的土体位移预测方法， 包括： 根据地层特 点及隧道特点建立计算模型， 并确定计算面、 计 算深度、 计算范围； 根据盾构穿越上软下硬土岩 复合地层的特点， 利用开挖面收敛模式参数γ表 示了开挖面收敛模式； 利用等效土体损失参数g 表示土体损失大小， 且g可由几何间隙Gp、 土体三 维弹塑性变形U* 3d和考虑盾构施工纠偏、 超挖而 产生的径向间隙ω累加得到； 考虑了开挖面上方 层状地层对变形传递的影 响， 推导了计算深度主 要影响角正切值tanβi′； 基于随机介质理论， 利 用少量已知断面的地表实测数据对计算参数进 行反复拟合确定， 再通过调整盾构偏心率κ的方 式估算同一工程更多断面的土体位移值， 起到预 判风险， 指导施工的作用。 权利要求书2页 说明书11页 附图7页 CN 114961751 A 2022.08.30 CN 114961751 A 1.一种土岩复合 地层中盾构掘进引起的土体位移预测方法， 其特 征在于， 包括： 收集相关工程地层参数、 盾构隧道设计参数， 建立盾构隧道、 上部层状覆土和下部硬岩 三者之间的三维计算模 型， 确定计算面x0， 计算深度z0、 计算半径 l， 将计算面x0前后各l的范 围作为计算范围， 在计算范围内找出土岩交界面RSI面坡度α角， 隧道坡度θ角变化的位置， 并在α角、 θ角变化处将计算范围切割成N段， 得到各 段的tanα 和tanθ 值； 利用开挖面收敛模式参数γ、 开挖断面P和收敛后断面Q的埋深H1、 H2来表示实际工程中 隧道开挖面的收敛模式； 计算几何间隙Gp、 土体三维弹塑性变形U* 3d和基于盾构偏心率κ 计算考虑盾构施 工纠偏、 超挖而产生的径向间隙ω， 将三个部分累加并结合注浆填充率δ进行修正得到等效土体损 失参数g； 根据计算 面x0处的地层分布及土体参数， 得到计算深度z0的主要影响角正切值tanβi′。 基于随机介质理论， 已知某个断面的地表土体位移实测数据， 根据该断面的相关参数 通过将计算范围内各段盾构开挖引起的在不同方向的地表位移分别进 行叠加， 获得地表土 体任意一点位移计算值， 然后将计算值与实测数据进行拟合， 通过不断调整计算参数和反 复拟合， 确定注 浆填充率δ、 盾构偏心 率κ、 开挖面收敛模式参数γ， 再通过调整盾构偏心率κ 对同一工程 位于计算 面x0、 计算深度z0处的土体位移值进行 预测。 2.根据权利要求1所述的一种土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移预测方法， 其 特征在于， 收集相关工程地层参数、 盾构隧道设计参数， 建立盾构隧道、 上部层状覆土和下 部硬岩三 者之间的三维计算模型， 具体为： 收集相关工程地层参数、 盾构隧道设计参数， 建立三维坐标系， 其中， 隧道轴线位于xoz 平面上， 开挖断面埋深为H1， 掘进方向沿着x轴正向， 与水平呈θ角； 隧道上部存在多个层状 地层， 且隧道在掘进方向穿越上软下硬的土岩复合地层， 开挖面上部为软土层， 下部为硬岩 层； 将RSI 面简化为折线段， 与水平呈α角， 埋深为H3， 完成三维计算模型的建立。 3.根据权利要求1所述的一种土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移预测方法， 其 特征在于， 利用开挖面收敛模式参数γ、 开挖断面P和收敛后断面Q的埋深H1、 H2来表示实际 工程中隧道开挖面的收敛模式， 具体如下： 式中： γ的取值范围为[ ‑1,1]， g表示 等效土体损失参数。 4.根据权利要求1所述的一种土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移预测方法， 其 特征在于， 等效土体损失参数g表示如下： 5.根据权利要求1所述的一种土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移预测方法， 其 特征在于， 根据计算面x0处的地层分布及土体参数， 得到计算深度z0的主要影响角正切值 tanβi′， 表示如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114961751 A 2式中： hi’为计算深度z0距地层i底部的高度， 计算深度z0位于地层i(1≤i≤n)中， Ki、 为从上至下第i层地层的沉降槽宽度系数及土体内摩擦角， 有 h 为土损发生区域中心的埋深， n 为地层数量。 6.根据权利要求1所述的一种土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移预测方法， 其 特征在于， 将计算范围内各段盾构开挖引起的在不同方向的地表位移分别进行叠加， 获得 地表土体任意 一点位移计算 值， 具体如下： 式中： b1、 a1和b2、 a2分别为收敛前后沿z轴的积分上下限， d1、 c1和d2、 c2分别为收敛前后 沿y轴的积分上下限， fj、 ej(1≤j≤N)分别为各小段的上下限， 满足： a1＝H3、 b1＝H1‑Rd、 a2＝ H3、 b2＝H2‑(Rd‑0.5g)、 tanβi′为深度z0处的主要影响角正切值， H3为RSI面埋深， H1为开 挖断面埋深， H2收敛后断面的埋深， Rd为开挖面半径， ξ、 ζ、 η分别表示计算单元在x轴、 y轴、 z 轴上的坐标值， 取值范围对应土体损失发生区V的边界值； x、 y、 z分别表 示任意一点(x,y,z) 的坐标值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114961751 A 3