(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 202111568108.7 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 中国铁路 设计集团有限公司 地址 300000 天津市滨 海新区自贸试验区 (空港经济区)东七道109号 (72)发明人 张鹏　吴海艳　王达麟　张继清　 杨贵生　张春雷　张浩　胡奇凡　 郭剑勇　曾佳亮　费瑞振　康镜　 刘颖　刘强　靳瑞杰　杨守峰　 时晓贝　王林辉　王正松　侯靖宇　 于学敏　 (74)专利代理 机构 天津玺名知识产权代理有限 公司 12237 代理人 刘畅(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设 计预测方法 (57)摘要 本发明提供一种地铁隧道下穿高速铁路地 表沉降限值的设计预测方法， 根据是否具有工程 施作试验 段或者地区已有资料， 选择不同的方式 确定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W； 方式一 为采用回归分析法确定轨道方向的地表沉降槽 影响宽度W， 方式二为采用经验公式法和数值模 拟法的最小值确定轨道方向的地表沉降槽影响 宽度W。 通过轨道方向的地表沉降槽影响宽度W， 采用圆曲线简化模型确定隧道下穿高铁隧道开 挖引起的地表沉降最大值为Smax。 本发明能够更 精准的获得地表沉降的最大允许值， 防止因设计 预测不合理造成施工后地表沉降过大导致的工 程危害。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114417455 A 2022.04.29 CN 114417455 A 1.一种地铁隧道下穿高速 铁路地表沉降限值的设计预测方法， 包括下述 步骤： S1： 根据是否具有工程施作试验段或者地区已有资料， 选择不同的方式确定轨道方向 的地表沉降槽影响宽度W： 若 具有工程施作试验段或者地区已有资料， 则采用方式一确定轨 道方向的地表沉降槽影响宽度W； 若不具有工程施作试验段或者地区已有资料， 则方式二确 定轨道方向的地表沉降槽影响宽度W； 方式一为采用回归分析法确定轨道方向的地表沉降 槽影响宽度W， 方式二为采用经验公式法和数值模拟法的最小值确定轨道方向的地表沉降 槽影响宽度W。 S2： 通过轨道方向的地表沉降槽影响宽度W， 采用圆曲线简化模型确定隧道下穿高铁隧 道开挖引起的地表沉降最大值 为Smax。 2.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述回归分析的地表沉降槽影响宽度通过 下式获得： W1＝5K(H+R) 式中， K为回归分析的经验参数， 根据工程施作试验段或者地区已有资料拟合分析得 到； H为隧道 覆土厚度； R为隧道计算半径； 所述经验公式的地表沉降槽影响宽度通过 下式获得： 式中， 为土体内摩擦角； H为隧道 覆土厚度； R为隧道计算半径。 3.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述数值模拟的地表沉降槽影响宽度通过 下述方法获得： 首先根据设计资料， 确定建模范围的结构取值； 同时根据地质勘察资料， 确定适用所采 用的计算机三维数值模型软件的土层划分以及各层土体的力学参数； 然后采用所选用的三 维数值模型软件进行建模， 输入上述结构取值和土层划分以及各层土体的力学参数； 调整 并运行模 型， 完成隧道开挖 施工模拟， 提取模型计算结果， 获得数值模拟的地表沉降槽影响 宽度W3。 4.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述建模范围的结构取值， 包括： 沿地铁线路方向长度l、 沿地铁线路方向长度范围 内的下深h、 隧道结构外侧3～5倍隧道洞径、 隧道 覆土厚度H、 隧道计算半径R。 5.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述计算机三 维数值模 型软件的各层土体的力学参数， 包括： 土层厚度h、 重度ρ 、 弹 性模量E、 泊松比μ、 粘聚力c， 土体内摩擦角 6.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述模型运行前的调整包括： 根据建模范围划分大小合适的网格； 确定模型的位移 边界条件， 具体为： 土体模型的顶面 为自由边界， 底面 为竖向约束， 四周为法向约束。 7.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述模型 的运行包括： 在建模模型中施加初始竖向重力场， 运行软件计算， 模型算 至平衡并将计算完成的模型 的初始位移清零； 然后在建模模型中模拟隧道开挖过程， 根据 施工进度安排分布计算模拟隧道开挖+隧道衬砌支护设置施工步， 运行软件计算， 将模型算权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114417455 A 2至平衡。 8.根据权利要求3所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述计算机三维数值模型 软件选自： FLAC  3D、 ABAQUS、 MIDAS  GTS NX、 Plaxis。 9.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述轨道方向的地表沉降槽影响宽度W， 由隧道方向的地表沉降槽影响宽度、 以及 隧道方向与轨道方向之间的角度α 共同确定 。 10.根据权利要求1所述的地铁隧道下穿高速铁路地表沉降限值的设计预测方法， 其特 征在于， 所述隧道下穿高铁隧道开挖引起的地表沉降最大值 为Smax， 通过下式获得： 式中， rsh为沉降圆曲线半径， 由下式确定： 式中， Vsj为高速铁路设计速度； rsh取上式中的最小值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114417455 A 3