【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道安全监测，具体涉及一种隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法。
技术介绍
1、煤矿的开采会不可避免地形成采空区，采空区上覆岩体产生扰动，会破坏其完整性，且受扰动影响的岩体相对于未受扰动的岩体更加松散，完整性更差；而隧道线路四通八达，部分隧道不可避免地会穿越采空区上方松散岩体，造成岩体的二次扰动，由于采空区上方岩体的松散性较大，岩体的稳定性差，这为隧道的开挖工作及其上方建筑物的安全性埋下了隐患。
2、现今对于穿越采空区这一特殊地质条件的隧道建设引起地表沉降量，大多采用试验或模拟的方式来确定其精确值；传统peck公式因其原理简单、计算方便，在大量隧道施工引起的地表沉降问题中被广泛使用，但其适用于未曾受到采矿扰动影响的地层，因为采矿形成的采空区导致地层出现了松动，即隧道穿越时地层已是非均质地层，因此，传统peck公式具体应用到具有采空区的地层时时具有一定的局限性，从而导致传统peck公式应用在隧道穿越采空区上方时，由于岩石支离破碎，进行地表沉降预测会产生极大的误差，难以满足工程的精度需求。
技术实现思路
1、为了解决现有试验方法确定地表沉降量的误差较大，精确度差的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，所述采空区包括顶板，所采用的技术方案具体如下：
2、步骤1、确定开采厚度和顶板处的岩石属性；
3、步骤2、靠近所述采空区沿轴向基于开采厚度和岩石属性依次划定的冒落带、裂隙带和弯曲带，建立地层剖面图；p>
4、步骤3、基于地层剖面图确定弯曲带中性轴位置，得到弯曲带中性轴与顶板之间的垂直距离，计算非采空区的地层损失率，基于弯曲带中性轴与顶板之间的垂直距离和非采空区的地层损失率得到非采空区的函数坐标一；根据岩石属性获取岩石的碎胀系数，基于碎胀系数修正非采空区的地层损失率，得到弯曲带中性轴与采空区之间的垂直距离，及关于隧道穿越采空区上冒落带、裂隙带和弯曲带的函数坐标二；将函数坐标一和函数坐标二进行线性拟合，构建隧道穿越采空区上冒落带、裂隙带和弯曲带的地层损失率函数；
5、步骤4、根据地层损失率函数综合peck公式得到地表沉降预测函数，获取地表最终沉降量。
6、优选地，界定开采厚度为h，顶板处土层为0h，所述岩石属性包括硬岩和软岩，若顶板处为硬岩，所述冒落带为[0h,5h]，所述裂隙带为[5h,13h]；若顶板处为软岩，所述冒落带为[0h,3h]，所述裂隙带为[3h,6h]；所述弯曲带为所述裂隙带靠近地表的一端至地表。
7、优选地，所述函数坐标一为(v0,y中)；所述函数坐标二为(kv0,0)；所述地层损失率函数为：
8、
9、其中，vl表示修正后的地层损失率；k表示碎胀系数；v0表示非采空区的地层损失率；y中表示弯曲带中性轴与顶板之间的垂直距离；h表示开采厚度。
10、优选地，步骤4中，包括：通过地层损失率函数得到修正后的地层损失率，结合peck公式计算地表沉降，与矿山开采造成的原始沉降数据进行叠加，获取穿越采空区的地表沉降预测函数，并得到地表最终沉降量。
11、优选地，隧道穿越采空区采用的设备包括盾构机和沉降槽，所述地表沉降预测函数为：
12、
13、其中，s′(x)表示地面任一预测点的沉降值；vl表示修正后的地层损失率；r表示盾构机的半径；k表示沉降槽宽度参数；z表示隧道深度；x表示从沉降曲线中心到预测点的距离。
14、本专利技术具有如下有益效果：不同于以往的岩石力学方法，通过划定采空区上方冒落带、裂隙带和弯曲带三带范围，掌握隧道将要穿越的岩体在煤层开采形成采空区后的破坏状态，即基于第一次扰动后的破坏状态得到地层剖面图；并以隧道开挖造成岩体二次扰动条件下的地层损失率为着手点，考虑围岩二次扰动，将整个底层的地层损失率基于函数坐标一和函数坐标二通过直线进行拟合，对传统peck公式中的相关参数进行优化改进，以预测地表沉降；此设置使得隧道穿越既有采空区实际预测地表沉降时省去大量的建造时间，减少大量成本，同时能够实现精确预测，保证穿越采空区隧道施工安全，更加安全有效的保护地面建(构)筑物。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，所述采空区包括顶板，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，其特征在于，界定开采厚度为h，顶板处土层为0h，所述岩石属性包括硬岩和软岩，若顶板处为硬岩，所述冒落带为[0h,5h]，所述裂隙带为[5h,13h]；若顶板处为软岩，所述冒落带为[0h,3h]，所述裂隙带为[3h,6h]；所述弯曲带为所述裂隙带靠近地表的一端至地表。
3.如权利要求1所述的隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，其特征在于，所述函数坐标一为(V0,y中)；所述函数坐标二为(kV0,0)；所述地层损失率函数为：
4.如权利要求1所述的隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，其特征在于，步骤4中，包括：通过地层损失率函数得到修正后的地层损失率，结合peck公式计算地表沉降，与矿山开采造成的原始沉降数据进行叠加，获取穿越采空区的地表沉降预测函数，并得到地表最终沉降量。
5.如权利要求4所述的隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，其特征在于，隧道穿越采空区采用的设备包括盾构机和
...【技术特征摘要】
1.一种隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，所述采空区包括顶板，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，其特征在于，界定开采厚度为h，顶板处土层为0h，所述岩石属性包括硬岩和软岩，若顶板处为硬岩，所述冒落带为[0h,5h]，所述裂隙带为[5h,13h]；若顶板处为软岩，所述冒落带为[0h,3h]，所述裂隙带为[3h,6h]；所述弯曲带为所述裂隙带靠近地表的一端至地表。
3.如权利要求1所述的隧道穿越采空区引起地表沉降的预测方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：于洪彪，张鹏辉，曹伟杨，陈熙，包坤，于广明，柴伟，白丽扬，宋思文，王超，张文龙，王永倩，于典，王玉东，
申请(专利权)人：中交隧道工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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