一种用于确定近接施工对既有隧道影响的综合评定方法与流程

1.本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种用于确定近接施工对既有隧道影响的综合评定方法。


背景技术：

2.随着我国城市轨道交通线网的不断完善，既有隧道周围的施工越发频繁，这可能会引发结构的变形或破损，严重时将影响轨道交通的运营安全。通常而言，越接近既有隧道施工时，施工所引起的影响越大。由此，若能定量表征近接施工的影响程度，并根据接近距离划分不同等级的影响区，则可对工程风险进行预测，具有重要指导意义。
3.现有近接施工对既有隧道影响的评定方法中，多采用某一个评价指标，或通过不同评价指标对同一问题进行多次分析，由此得到具有针对性的近接分区。而单一评价指标用只能体现结构安全状态或环境影响程度的某一个方面，在评价的全面性上存在欠缺，难以适应如今难度越发增大、限制要求越发严格的实际工程。因此，需要新的技术方法，以解决现有技术中存在缺陷。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于确定近接施工对既有隧道影响的综合评定方法，旨在运用多评价准则分析近接施工对既有隧道的影响，得到能满足各项控制要求的综合分级，由此可适用于不同工程要求下的影响分析，并科学和精确地评估工程风险。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括：
6.步骤s1、建立既有隧道结构及隧道周边环境的属性集，其中，属性包括既有隧道结构内力、既有隧道结构附加应力、既有隧道变形及变形速率、地表沉降及沉降速率、地表隆起及隆起速率、土体塑性状态及塑性区连通状态、特定区域位移、指定区域差异位移；
7.步骤s2、确定不同接近程度下所述属性集内各属性的值，其中接近程度为指近接施工所在地与既有隧道结构的绝对距离或相对距离；
8.步骤s3、拟合各具体属性与接近程度之间的函数关系；
9.步骤s4、结合属性集内各属性的分级评定标准，对步骤s3中的函数关系进行标准化处理，所述标准化处理包括通过构造函数法，消除不同属性在量值上的差异，使得构造的函数在接近程度阈值处具有相同的函数值；
10.步骤s5、基于构造函数下得到的各属性值，计算得到综合分数，完成近接施工对既有隧道影响的分级评定。
11.根据本发明的实施方案，所述步骤s2中，通过数值模拟、模型试验或现场试验手段确定不同接近程度下所述属性集内各属性的值。
12.根据本发明的实施方案，所述的步骤s3中的函数关系是属性值与接近程度的拟合函数，采用带截距的指数函数形式：
13.i＝f(x)＝ae
bx
c
14.式中：
15.i为属性集中某一属性的值；
16.x为接近程度；
17.a、b、c为拟合的待定系数。
18.根据本发明的实施方案，步骤s4中，分级评定标准包括现有规范中属性的控制值、预警值，工程类比法得到属性的影响分级值以及特殊工程中对属性的限制值，根据分级评定标准值，将分级评定划分为多个等级，并基于划分界限处对应的属性值，根据拟合函数反算得到的多个接近程度阈值。
19.根据本发明的实施方案，分级评定划分为三个等级，分别对应近接施工的强影响、弱影响、无影响，根据拟合函数反算得到两个接近程度阈值。
20.根据本发明的实施方案，所述的步骤s4中，所述构造的函数为与拟合函数线型趋势一致，且在两个接近程度阈值处的计算值分别等于1和2的函数，采用如下指数函数形式：
[0021][0022]
式中：
[0023]
αi为标准化处理后的某一属性值；
[0024]
k为待定系数，通过构造函数在接近程度阈值处的计算值分别等于1、2的性质，求解得出具体值为：
[0025][0026]
其中，x1和x2分别为两个接近程度阈值。
[0027]
根据本发明的实施方案，所述的步骤s5中，综合分数是指对各属性值按一定权重进行叠加，由此得到的计算值，具体表示为：
[0028][0029]
式中：
[0030]
ic为各属性的综合分数计算值；
[0031]
n为参与综合分数计算的属性个数；
[0032]
ωi为第i个属性的权重；
[0033]
α
i,i
为第i个属性标准化后的属性值。
[0034]
根据本发明的实施方案，所述的步骤s5中的分级评定是指根据综合分数计算值与1和2的大小关系，对近接施工影响进行分级划分，该综合分数继承了标准化函数在接近程度阈值处等于1、2的性质，由此当综合分数ic》2时，近接施工对既有隧道有强影响；当属性值1《ic《2时，近接施工对既有隧道有弱影响；当属性值ic《1时，近接施工对既有隧道无影响。
[0035]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0036]
(1)评价角度多样，具有较强的工程指导意义。本发明综合考虑了多项属性，能定量化对近接施工的影响进行评估，并得到统一标准的评价分数，从而全面地考量了工程建设在多个方面的控制要求并用操作相对简单的比较法得到具体分级，具有较强的指导意义。
[0037]
(2)方法适用性强，使用范围广。本方法适用于各类近接施工对既有隧道的影响评价，如临近基坑开挖、邻近隧道施工、临建建筑施工等多种常用工况对既有隧道的影响，适用范围广，同时评价方法可灵活调整关注的工程属性，适合不同地层、不同实际控制要求的工程评估。
附图说明
[0038]
图1为根据本发明实施方案的用于确定近接施工对既有隧道影响的综合评定方法的流程示意图；
[0039]
图2为根据本发明实施方案的水平隧道施工接近度与各属性的函数关系图；
[0040]
图3为根据本发明实施方案的水平隧道施工接近度与各属性标准化函数的关系图；
[0041]
图4为根据本发明实施方案的近接平行隧道施工对既有隧道的综合影响程度分区函数示意图；
[0042]
图5为根据本发明实施方案的近接平行隧道施工对既有隧道影响的综合评定分区。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图、通过具体实施例对本发明进一步详述，所示内容用于充分阐述本发明的内容，而并不用于限制本发明。
[0044]
以新建隧道近接平行施工对既有盾构隧道的影响为例，详细说明本发明的用于确定近接施工对既有隧道影响的综合评定方法。如图1所示，本发明的方法按以下步骤进行：
[0045]
步骤s1、建立既有隧道结构及隧道周边环境的属性集：
[0046]
工程中关注的关键控制指标为既有盾构隧道上方的地表沉降、既有盾构隧道的椭圆度、既有盾构隧道的最大应力，由此以这三个属性组成属性集进行后续评定。应该理解的是，不同的工程可以确定不同的属性以及属性集。
[0047]
步骤s2、通过数值模拟、模型试验、现场试验等手段，得到不同接近程度下属性集内各属性的值：
[0048]
本实施例采用数值模拟方法，对新建隧道与既有隧道平行下不同隧道净距的工况分别建立有限元模型，根据模型的计算结果，汇总得到属性集中各属性的值。有限元模拟为本领域所熟知，在此并不赘述。
[0049]
步骤s3、拟合各具体属性与接近程度之间的函数关系：
[0050]
根据步骤s2中的计算结果，按照带截距的指数函数形式，对属性与隧道净距进行拟合，即：
[0051]
i＝f(x)＝ae
bx
c
[0052]
式中：
[0053]
i为属性集中某一属性的值，本实施例中is表示地表相对沉降、ie表示椭圆度相对变化值、i
p
为最大应力相对变化值；
[0054]
x为接近程度，本实施例中为隧道净距s与既有隧道外径d的比值；
[0055]
a、b、c为拟合的待定系数。
[0056]
采用最小二乘法原理，求解待定系数后可得到某一属性与接近程度的关系，其中相对地表沉降的待定系数a＝1.86168、b＝-1.52968、c＝0.77075。同理亦可得到椭圆度相对变化值ie、最大应力相对变化值i
p
相应的待定系数，结果如附图2所示。
[0057]
步骤s4、结合属性集内各属性的分级评定标准，对拟合函数进行标准化处理：
[0058]
以地表相对沉降的分级标准为例，可认为is》2时，两隧道的沉降影响已超过单独修建隧道的两倍，对地表有强烈影响，由此以is＝2作为强、弱影响的分界。同理，当is《1.5时，可认为新隧道引发的附加沉降已不足原隧道施工影响的一半，可作为弱、无影响的分界。由此，结合步骤s3得到的拟合函数，根据is＝2和is＝1.5反算得到接近程度的分级阈值分别为x1＝0.27、x2＝0.56。根据该接近程度阈值，可设定构造函数：
[0059][0060]
式中：
[0061]
αs为标准化处理后的相对地表沉降值；
[0062]ks
为相对地表沉降值函数的待定系数。
[0063]
构造函数αs的趋势及线型与拟合函数is一致，通过令g(x1)＝2、g(x2)＝1，可以使构造函数在分级阈值处分别等于1、2，方便后续综合分数的评价。由这个限制条件，可以解得构造函数中的待定系数：
[0064][0065]
对于地表相对沉降值，待定系数k＝0.97233，标准化后的影响程度函数为αi＝g(x)＝3.72336e-1.52968x-0.4585。同理亦可得到椭圆度相对变化值ie、最大应力相对变化值i
p
相应的待定系数ke、k
p
以及标准化后的函数αe、α
p
，结果如附图3所示，此时不同属性的函数值均在在大于等于2时为强影响，在小于等于1时为无影响，介于1与2之间时为弱影响。
[0066]
步骤s5、采用层次分析法或其他方法得到综合分数，完成近接施工对既有隧道影响的分级评定：
[0067]
为综合考虑属性集中的三个属性，经专家打分法，认为本例中所有影响程度的权重相等，即权重表示为：
[0068]
ωi＝1/n
[0069]
式中：
[0070]
ωi为第i个属性的权重；
[0071]
n为参与综合分数计算的属性个数。
[0072]
由此可根据该权重分配计算统一分数，具体表示为：
[0073][0074]
式中：
[0075]
ic为各属性的综合分数计算值；
[0076]
α
i,i
为第i个属性标准化后的属性值。
[0077]
由此可得到综合各属性的评估分数，该综合分数继承了标准化函数在分级阈值处等于1、2的性质，由此当综合分数ic》2时，近接施工对既有隧道有强影响；当属性值1《ic《2时，近接施工对既有隧道有弱影响；当属性值ic《1时，近接施工对既有隧道无影响。
[0078]
综合新建隧道位于平行隧道不同方位处的综合分数，可得到平行隧道施工对既有隧道的影响程度分区函数示意图，如附图4所示。进一步的，可以根据该综合分数反算综合判定准则下的接近程度阈值，得到既有隧道受新建平行隧道的影响分级图，如附图5所示。
[0079]
上述对实施例子的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例进行各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。