本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及隧道在施工所引起的地表沉降值计算方法。
背景技术：
随着城市地铁隧道的大力发展，许多隧道采用盾构法施工，但盾构隧道穿越地层的工程地质条件也日益复杂，如珠江三角地区广泛存在着软硬不均匀复合地层。对于盾构机在上软下硬复合地层中掘进来说，当盾构机穿越地层既有软岩又有硬岩时，隧道断面就会含有软硬两种岩性的岩体，且在盾构机沿设计轴线掘进时上部软岩、下部硬岩的比例不是单一的，而是不断变化的，这就导致隧道在此种情形下施工与隧道在软硬岩占比始终保持不变时施工引起的地表沉降有一定的差别。隧道断面岩体的变形主要发生在上部软岩部分，若软岩部分较多则隧道洞周收敛变形也较大，这是由于岩性不同使得洞周收敛也随之不同，洞周收敛过大时造成的地层损失也大，进而引起地表沉降过大，严重时甚至出现塌方问题。目前关于上软下硬复合地层盾构施工引起地表沉降的研究大多局限于上部软岩和下部硬岩占比各一半的情形，而对连续变化的不同软硬岩占比条件下地表沉降的研究则较少，基于上述提出一种考虑隧道断面软硬岩占比不同的地表最大沉降值计算方法显得尤为重要。
技术实现要素：
针对隧道在软硬复合地层施工地表沉降计算方法的局限性，本发明的目的在于提供一种双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法。
为实现上述目的，本发明通过以下方案得以实现：
当隧道断面中既有软岩又有硬岩时，首先要确定出软硬岩地层分界面；然后计算出岩体移动焦点与包含地层损失外圆圆心o2之间的垂直距离d，如图1所示；其次根据圆心角α1和圆心角α2计算出相对应的地层复合比μ1和μ2，并利用μ1和μ2求出地层损失量；最后把地层损失量代入由地层损失所引起的隧道轴线上方最大沉降值的通用计算式求得地表最大沉降值。
本发明的优点和有益效果如下：隧道在上软下硬复合地层中施工时，相较于隧道断面仅为单一岩性或软硬岩占比不变的情况下，本发明考虑了隧道断面软硬岩占比不同这一因素的影响。由于隧道断面软硬岩占比不断变化，使得地层复合比也有所不同，进而导致地层损失量不断变化，最终隧道轴线上方地表最大沉降值出现较大差异。当考虑了隧道断面软硬岩占比不同时，地表最大沉降值要比隧道断面仅为单一岩性或软硬岩占比不变的情况下引起的地表沉降值更为精确，且软硬岩占比划分越细致，计算出的地表沉降值越接近现场监测的地表沉降值。
附图说明
图1为上软下硬复合地层中隧道洞周位移图；
图2为上软下硬复合地层盾构施工引起的地层损失图。
图中标号1为软硬地层复合分界线，2为岩体移动焦点o，3为地层损失，4为注浆部分。
具体实施实例
下面结合实施例对本发明做进一步详细介绍
本发明提出一种考虑隧道断面软硬岩占比不同的地表最大沉降值计算方法，包括：
步骤一：软硬复合地层分界面的确定。根据盾构机在施工时穿越软硬岩占比不同的情况分为不同的软硬复合地层分界面，地层分界面方向为水平方向。在计算过程中，根据隧道断面软硬岩占比假定出软硬复合地层分界面；在实际施工过程中，取其试样进行试验划分出岩体的级别，进而根据岩体级别的不同确定出软硬复合地层分界面。
步骤二：岩体移动焦点与包含地层损失外圆圆心o2之间的垂直距离d的确定。根据步骤一确定出软硬复合地层分界面的位置，岩体移动焦点位于盾构开挖面的竖向轴线与软硬地层分界面的交点处，且隧道开挖壁面上的岩体移动方向均指向岩体移动焦点。岩体移动焦点与包含地层损失外圆圆心o2之间的垂直距离即为d，参考图1及图2所示。
步骤三：隧道开挖面软岩面积的确定。如图2所示，扇形o1c'd'的面积与三角形o1cd的面积的差值即为隧道开挖面软岩面积，下面给出计算开挖面软岩面积的公式。
式中：r为隧道半径(图2中圆心o1对应圆的半径)；
α1为o1与软硬地层分界面和内圆相交两交点c、d之间的夹角；
将式(2)-(3)代入式(4)，可求出：
则：
步骤四：地层复合比μ1的确定。隧道开挖面软岩面积与隧道开挖面全断面面积的比值即为地层复合比μ1。
同理可求出包含地层损失的地层复合比μ2：
由图2中的几何关系可知：
步骤五：地层损失量的确定。由于作业空间的需要，盾构机壳的外径要稍大于管片的外径，因此在盾构机向前掘进脱离盾尾时，在隧道开挖壁面与管片之间将形成一定间隙，而实际施工时注浆的及时性要落后于岩体移动的速度，表现为岩体迅速向间隙处移动从而造成地层损失。图中阴影部分a的面积即为单位宽度内的地层损失量。本发明中地层损失仅考虑上部软岩向盾构间隙的移动，不考虑下部硬岩向盾构间隙的移动，其原因是下部硬岩相对稳定，不会产生较大的位移，此部分盾构间隙由注浆液填充。
式中：g—盾尾间隙；
α2—o2与软硬地层分界面和外圆相交两交点e、f之间的夹角。
联立式(6)-(13)可求出：
vloss＝sloss·l(16)
式中：l—隧道开挖长度。
将式(14)代入式(15)得：
步骤六：地表最大沉降值的确定。基于魏刚提出的地表最大沉降值的通解公式，并根据本发明所定义的考虑地层复合比条件下的地层损失，将求得的各数值代入通解公式即可求出地表最大沉降值。
式中：h—隧道轴线距地表的距离。
本发明的应用例如下：
本实例以深圳地铁13号线留仙洞站-白芒站区间为工程背景，此区间采用盾构机施工，且盾构机穿越上软下硬复合地层。根据隧道设计施工方案可知隧道断面直径为6.9m，隧道拱顶埋深35m，盾尾间隙0.3m。本实例中首先计算盾构机穿越地层复合角为120°时隧道轴线上方的地表最大沉降值，然后计算盾构机穿越地层全部为软岩时的隧道轴线上方的地表最大沉降值，最后对两者的计算结果进行对比分析。
①盾构机穿越上软下硬复合地层
此种情况时r＝3.45m，α1＝120°，h＝35m，g＝0.3m，根据上述各参数值，并通过发明内容中的公式(9)可以计算出α2＝127.8°，公式(1)可以计算出d＝1.584m，公式(7)、(8)可以分别计算出μ1＝0.19、μ2＝0.22。本实例中计算隧道开挖长度为600m时的地层损失量，将计算出的各参数值以及地层损失量代入公式(18)中求得盾构机穿越地层复合角为120°时隧道轴线上方的地表最大沉降值为21.05mm。
根据现场地表监测数据可知：当隧道断面软岩部分与隧道全断面比值为1:3时，现场监测地表最大沉降值为23.32mm。对比地表沉降监测值与地表沉降计算值可以发现，地表沉降监测值略大于地表沉降计算值，误差约为9.7％。
②盾构机穿越地层全部为软岩
此种情况时r＝3.45m，h＝35m，盾构机穿越地层全部为软岩时可以看作盾构机在均质地层中施工，众多学者已经得出盾构机在均质地层中施工时造成的地层损失量，本实例中依据公式
由上述计算可以得出仅考虑隧道断面为软岩时，地表沉降监测值与地表沉降计算值误差约为11.02％；考虑隧道断面软硬岩占比情况下，地表沉降监测值与地表沉降计算值误差约为9.7％。
综上所述，可以看出考虑隧道断面软硬岩占比时的地表沉降计算结果更接近现场监测值，误差也更小，得出的结果也更为精确。因此在隧道施工时可根据此计算结果来对比现场实测值，以此来减小误差，从而指导施工。
1.一种双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.确定软硬岩地层分界面；
b.获得岩体移动焦点与包含地层损失外圆圆心之间的垂直距离d；
c.获得隧道开挖面软岩面积；
d.获得地层复合比μ1以及包含地层损失的地层复合比μ2，隧道开挖面软岩面积与隧道开挖面全断面面积的比值即为地层复合比；
e.获得地层损失量；
f.获得地表最大沉降值；
2.根据权利要求1所述的双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法，其特征在于：所述步骤b中，
3.根据权利要求1所述的双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法，其特征在于：所述步骤c中，
