(19)中华 人民共和国 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 202111666095.7 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中铁十五局集团有限公司 地址 200040 上海市 静安区共和新路6 66号 6楼 (72)发明人 李少华　黄昌富　栾焕强　姚铁军　 赵中华　田国文　张帆舸　岳粹洲　 (74)专利代理 机构 上海申蒙商标专利代理有限 公司 31214 代理人 黄明凯 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) E21D 9/06(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大坡度隧道施工间隙导致地层变形的 预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种大坡度隧道施工间隙导 致地层变形的预测方法， 预测方法包括以下步 骤： 盾构机沿大坡度施工路径掘进开挖隧道， 基 于三维源汇法理论， 得到半无限体内由于单位体 积空隙产生的土体竖向变形 ； 建立大坡度隧道 的三维空间模型， 结合大坡度隧道的施工路径， 得到大坡度隧道的掌子面的实际施工间隙 ； 对 单位体积空隙在由掌子面沿大坡度隧道的施工 路径所形成的体积域内进行积分运算， 得到由掌 子面的实际施工间隙 导致的地层沉降 。 本发 明的优点是： 以三维源汇法为基础， 充分考虑了 大坡度隧道实际施工特点， 能准确的进行地层变 形预测， 并为今后关于地平线非对称的地层损失 导致地层变形方面的计算方法提供研究基础。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114417463 A 2022.04.29 CN 114417463 A 1.一种大坡度隧道施工间隙导致地层变形的预测方法， 其特征在于， 所述预测方法包 括以下步骤： (S1)盾构机沿大坡度施工路径掘进开挖隧道， 基于三维源汇法理论， 得到半无限体内 由于单位体积空隙产生的土体竖向变形sz； (S2)建立大坡度隧道的三维空间模型， 结合所述大坡度隧道的施工路径， 得到所述大 坡度隧道的掌子面的实际施工间隙Ge； (S3)对所述单位体积空隙在由所述掌子面沿所述大坡度隧道 的施工路径所形成的体 积域内进行积分运 算， 得到由所述掌子面的实际施工间隙Ge导致的地层沉降Sz。 2.如权利要求1所述的一种大坡度隧道施工间隙导致地层变形的预测方法， 其特征在 于， 步骤S1包括以下步骤： 建立三维直角坐标系， 所述三维直角坐标系中的坐标原点O、 x轴、 y轴均位于地表， z轴 竖直向下； 土体是以地表为边界， 只包含其下部分的半无限体， 假设土体是无边界的无限体， 在无 限体内点F(x0,y0,z0)处的单位体积空隙引起 点P(x,y,z)处所产生的竖向变形分量 为： 式中： R1＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z‑z0)2]1/2； 点F(x0,y0,z0)的镜像位置处设有点F ′(x0,y0,–z0)， 点F′(x0,y0,–z0)处的单位体积空隙 引起点P(x,y,z)处产生的竖向变形分量 为： 式中： R2＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z+z0)2]1/2； 将所述单位体积空隙在地表产 生的剪应力反方向作用于地表， 求得点P(x,y,z)产生的 竖向变形分量 为： 式中： μ为土体泊松比； u、 t均为 函数自变量； c、 b为积分上、 下限变量； R3＝[(x‑u)2+(y‑t)2+z2]1/2； 所述半无限体内由于单位体积空隙产生的土体竖向变形sz为： 3.如权利要求2所述的一种大坡度隧道施工间隙导致地层变形的预测方法， 其特征在 于， 步骤S2包括以下步骤： 建立坡度为γ的大坡度隧道三维空间模型， 其中， 盾构机向下掘进为正方向、 向上掘进 为负方向； 所述掌子面的中心O ′所处埋深为h， 点(x0,y0,z0)处的埋深h(x0)为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114417463 A 2h(x0)＝h+x0tanγ； 所述掌子面的实际施工间隙Ge包括盾尾间隙Vs和注浆填充Vg， 分别为： Vs＝ π(R2‑r2)， Vg＝ π λ(1‑α1‑α2‑α3‑α4)(R2‑r2)， 式中： R、 r分别为盾构机和衬砌的外径； λ为注浆率； α1为压密损耗系数； α2为土质损耗系 数； α3为输送损耗系数； α4为超挖损耗系数； 由于衬砌及注浆体的重力作用， 衬砌外缘及注浆液体的底部会紧靠在盾壳内缘， 所述 掌子面的实际施工间隙Ge为： 4.如权利要求3所述的一种大坡度隧道施工间隙导致地层变形的预测方法， 其特征在 于， 步骤S3包括以下步骤： 对单位体积空隙在由所述掌子面沿所述大坡度隧道的施工路径所形成的体积域内进 行积分运算， 所述体积域包括盾壳边界圆环沿隧道轴线 行进l距离所围成的空间体积A和浆 液体边界圆环沿隧道轴线 行进l距离所围成的空间体积B， 对空间体积A和空间体积B的积分 结果做差， 得到由所述掌子面的实际施工间隙Ge导致的地层沉降Sz： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114417463 A 3