盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法与流程

本发明涉及盾构隧道穿越施工领域，涉及一种基于两阶段法的盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法。

背景技术：

1、近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，处于世界领先水平，城市轨道交通运营里程及客流量多年居全球第一。截至2022年底，全球共有78个国家和地区的545座城市开通城市轨道交通，运营里程超过41386.12km。随着城市地铁线路以及地下结构数量的增加，各类地下结构在狭小空间内极其密集且随机分布，在建或即将建设的轨道交通盾构隧道工程不可避免地面临着近既有地下结构(含既有隧道、地下空间结构、地下管网等)的复杂环境。隧道开挖时进行近距离穿越施工情况不可避免，以上海为例，运营20余年来地铁沿线已累计包含隧道穿越等工程扰动超过3600余项，遍布中心城区。而当穿越施工扰动达到一定程度时，会危及既有建构筑物的正常使用和结构安全，轻则使既有结构产生较大的位移及变形，出现裂缝等病害；重则会影响结构失稳、甚至坍塌破坏，造成一系列安全问题。针对既有隧道，穿越施工会导致既有隧道产生纵向不均匀沉降，从而影响隧道结构安全。因此，在进行新建盾构隧道穿越邻近既有隧道工程时，如何在施工前评价邻近既有隧道的安全性，并依据评价结果及施工情况保护结构是工程师必须面对的难题。

2、目前，对于既有建构筑物在工程扰动中的所受影响程度的评价仍主要依靠工程师经验，对于合理、快速、准确确定其受损程度的方法还需要进一步探索研究。现有关于既有建构筑物所受的扰动影响，大多只考虑了盾构隧道施工时地层损失所造成的影响，而较少情况考虑了盾构机施工时刀盘附加推力、注浆压力、盾壳摩擦力等施工扰动，在一定程度上低估了盾构隧道开挖扰动所带来的扰动影响；同时，对于既有建构筑物的情况的评价也较为笼统，没有结合其自身现阶段的健康情况及结构刚度进行较为准确的评价，在一定程度上高估了既有建构筑物自身对扰动的抵抗能力；除此之外，大多数对于建构筑物所受扰动损伤的评价都基于地震、滑坡等灾害扰动损伤情况，而对于盾构施工的扰动研究较少，这都使得工程师们难以对盾构穿越施工过程中既有建构筑物可能会出现的损伤程度进行较为细致的评价，这样的评价结果也无法用于施工反馈及结构保护。

3、大多数对于建构筑物的易损性评价都基于地震、滑坡等灾害所产生的损伤情况，而对于盾构穿越施工的扰动影响下的易损性评价研究较少，而在现如今城市地下空间发展迅速的情况下，盾构穿越扰动工程正逐渐增多，扰动情况下的易损性评价问题亟待解决；同时，在现有的扰动计算方法中，大多依据历史数据统计、专家打分法等进行整理，或没有较为全面地考虑扰动中的各项影响因素，使得扰动强度及抵抗能力缺少较为准确的评价，导致最后得到的评价结果较为笼统或误差较大；此外，现存的方法大多需较大的计算工作量，或结合有限元软件模拟等，计算量较大，在实际施工过程的评估中应用起来较为繁琐。

4、目前针对某一扰动影响下的既有建构筑物的易损性评价问题主要有以下解决方案：

5、申请号为202310155410.2的中国专利提出一种基于flac3d与ps-insar的慢速滑坡建筑物易损性分析方法。该方法通过收集研究数据、文献调研、专家打分来获取建筑物抗灾能力评价指标体系及权重得到建筑物抗灾能力指标计算值r；并利用ps-insar技术及散点图曲线拟合得到滑坡的致灾强度经验曲线；在此基础上利用flac3d模拟极端工况下的滑坡累积位移，利用滑坡的致灾强度经验曲线获得极端工况下滑坡的致灾强度指标计算值i；最终利用基于r和i的易损性函数获得极端工况下的承灾体易损性。该方法解决了目前存在的滑坡建筑物抗灾能力和滑坡致灾强度定量化问题。

6、申请号为202011424762.6的中国专利提出一种考虑地震易损性模型不确定性的盾构隧道风险评估方法。该方法首先确定同类场地隧道多种地震易损性模型并建立考虑不确定性的易损性模型，再通过确定某一地震强度并设置抽样次数获得不同破坏状态的离散概率；进一步计算得各组的平均期望损失及各个分位数的平均期望损失；以此重复，得到不同地震强度的平均期望损失；基于以上结果，获得最终风险指标r值。该方法能够克服既有盾构隧道风险评估方法的缺陷，建立一种考虑地震易损性模型不确定性的盾构隧道风险评估方法，能够考虑多种不同地震易损性曲线模型，合理评估不同埋深隧道地震风险大小。

7、申请号为202011326575.4的中国专利提出一种基于增量动力分析法的隧道地震易损性分析方法。该方法利用典型隧道、土层及地震波进行一维地震响应分析获得土层刚度及阻尼并以此建立土体-隧道有限元模型、展开增量动力分析；确定隧道破坏指标及不同破坏状态限值；建立隧道地震概率需求模型，计算地震易损性函数的平均值和标准差，并以此建立隧道地震易损性曲线。该方法建立了考虑不同土层及隧道特性的易损性分析方法，计算效率高，结果准确，可以合理评估不同埋深隧道抗震性能。

技术实现思路

1、本发明旨在解决工程现场难以准确估计既有隧道受邻近区域新建盾构隧道开挖扰动影响时发生损坏的难易程度或损失程度的评估问题。通过本发明可以实现准确、简便地定量评价既有隧道受到开挖扰动影响的受损难易程度及损失程度，并为工程师后续对既有隧道进行保护提供一系列建议及措施。

2、本发明技术方案：

3、盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，包括步骤：

4、s1：经由分析穿越工程案例，提取影响因素，选取易损性评价指标及基准工程工况，确定影响扰动强度及自身抵抗能力的各项参数取值；

5、s2：利用两阶段法计算由于盾构隧道开挖扰动对既有隧道不均匀沉降产生的最大曲率值；

6、s3：基于易损性基本函数，通过改变基准工况中各项参数的取值，得到各项参数与扰动强度或抵抗能力的函数曲线；

7、s4：通过引入基准工程修正系数，得到既有隧道在穿越工程中的易损性评价函数；

8、s5：根据待评价工程的各项参数取值得到该工程所对应的整体扰动强度值与整体抵抗能力值，并利用步骤s4所得到的易损性评价函数，得到该工程的易损性值，从而确定其发生损坏的难易程度及损失程度。

9、与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

10、(1)本发明的核心为公开一种基于两阶段法及易损性基本函数的计算方法，实现快速、准确地进行在不同盾构施工情况下及不同空间位置关系情况下，既有隧道的易损性评价方法。

11、(2)本发明考虑盾构穿越施工过程中各因素及既有隧道自身情况的易损性计算，能够为工程师提供更精确的评价结果以协助其调整施工参数、及时进行结构加固与保护，保证既有隧道的结构安全。

12、(3)使用本发明方法，能够在穿越施工前期，通过对已有的施工设计、空间位置分布以及既有隧道现状调查等现有信息，利用基准工程所得的各参数拟合函数，对待评价工程进行易损性评价。该方法不依赖于人的经验，更加准确，可得到定量化的评价。

13、(4)本发明方法适用性强，计算量小，使用简便。

技术特征：

1.盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，其特征在于，所述步骤s1，影响因素分析及参数确定具体包括：

3.如权利要求1所述的盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，其特征在于，所述步骤s2，具体包括：

4.如权利要求1所述的盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，其特征在于，所述步骤s3，具体包括：

5.如权利要求4所述的盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，其特征在于，所述步骤s4，具体包括：

6.如权利要求5所述的盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，其特征在于，所述步骤s5，具体包括：

技术总结盾构隧道下穿时既有隧道的易损性评价方法，包括步骤：提取穿越工程影响因素，选取易损性评价指标及基准工程，确定影响扰动强度及自身抵抗能力的各项参数取值；计算既有隧道在盾构扰动下产生的不均匀沉降产生的最大曲率值；通过改变各项参数的取值，得到各项参数与扰动强度或抵抗能力的函数曲线；通过引入基准工程修正系数，得到既有隧道在穿越工程中的易损性评价函数；根据待评价工程的各项参数取值，并利用易损性评价函数，得到该工程的易损性值。本发明能够在穿越施工前期，基于施工设计、空间位置分布等信息，利用基准工程所得的各参数拟合函数，对待评价工程进行更加准确、定量化的易损性评价，适用性强，计算量小，使用简便。技术研发人员：黄栩,陈亚宁,张东明,潘鹏飞受保护的技术使用者：中铁二院华东勘察设计有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29