[發(fā)明專利]考慮注漿壓力的頂管施工引起土體變形的確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110440621.8
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102538741A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 許燁霜;吳懷娜;沈水龍;李方楠
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種考慮注漿壓力的頂管施工引起土體變形的確定方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步、通過鉆孔取土的方法對施工場地進行土層劃分，隨后獲取施工現場土樣進行室內常規(guī)土工試驗，得到施工現場土層劃分信息和地質信息，對各層土體彈性模量E、剪切模量G及泊松比μ取平均值；

第二步、確定正面附加頂推力引起的土體位移；

所述的正面附加頂推力引起的土體位移包括：x軸方向的位移u₁，y軸方向的位移v₁，z軸方向的位移w₁，其中，x軸方向是指管節(jié)軸向沿頂進方向；y軸方向是指水平方向并垂直于管軸方向；z軸方向是指豎直向下并垂直于管軸方向，原點為掘進機開挖面中心處，x、y、z滿足笛卡爾坐標系；

所述的x軸方向的位移u₁滿足以下公式：

u1=P16πG(1-μ)∫02π∫0R[3-4μM1+1N1+x2M13+(3-4μ)x2N13+2zc1N13(1-3x2N12)+]]>

4(1-μ)(1-2μ)N1+z+c1(1-x2N1(N1+z+c1))]rdrdθ]]>

所述的y軸方向的位移v₁滿足以下公式：

v1=Px16πG(1-μ)∫02π∫0R(y+rcosθ)[1M13+3-4μN13-6zc1N15-4(1-μ)(1-2μ)N1(N1+z+c1)2]rdrdθ]]>

所述的z軸方向的位移w₁滿足以下公式：

w1=Px16πG(1-μ)∫02π∫0R[z-c1M13+(3-4μ)(z-c1)N13-6zc1(z+c1)N15+4(1-μ)(1-2μ)N1(N1+z+c1)]rdrdθ]]>

式中M₁滿足公式：M1=x2+(y+rcosθ)2+(z-c1)2]]>

式中N₁滿足公式：N1=x2+(y+rcosθ)2+(z+c1)2,]]>c₁＝h-rsinθ；

其中：P為迎土面附加頂推力；G為土體剪切模量；μ為土的泊松比；h為頂管軸線至地面的距離；R為頂管掘進機半徑；

第三步、確定側面摩阻力引起的土體位移；

所述的側面摩阻力引起的土體位移包括：x軸方向的位移u₂，y軸方向的位移v₂，z軸方向的位移w₂，x、y、z軸方向與第二步同；

所述的x軸方向的位移u₂滿足以下公式：

u2=FR16πG(1-μ)∫02π∫0L[3-4μM2+1N2+(x+l)2M23+(3-4μ)(x+l)2N23+2zc2N23·(1-3(x+l)2N22)+]]>

4(1-μ)(1-2μ)N2+z+c2(1-(x+l)2N2(N2+z+c2))]dldθ]]>

所述的y軸方向的位移v₂滿足以下公式：

v2=FR16πG(1-μ)∫02π∫0L(x+l)(y+Rcosθ)[1M23+3-4μN23-6zc2N25-4(1-μ)(1-2μ)N2(N2+z+c2)2]dldθ]]>

所述的z軸方向的位移w₂滿足以下公式：

w2=FR16πG(1-μ)∫02π∫0L(x+l)[z-c2M23+(3-4μ)(z-c2)N23-6zc2(z+c2)N25+4(1-μ)(1-2μ)N2(N2+z+c2)]dldθ]]>

所述的M₂滿足公式：M2=(x+l)2+(y+Rcosθ)2+(z-c2)2,]]>

所述的N₂滿足公式：N2=(x+l)2+(y+Rcosθ)2+(z+c2)2,]]>c₂＝h-Rsinθ，

其中，F為機頭側面平均摩阻力；L為頂管掘進機的長度；

第四步、確定注漿壓力引起的土體變形；

所述的注漿壓力引起的土體變形包括：x軸方向的位移u₃，y軸方向的位移v₃，z軸方向的位移w₃，x、y、z軸方向與第二步同；

所述的x軸方向的位移u₃滿足以下公式：

u3=1+μE|S(y,z)|(1-μ)exp[-0.5(x+L)2]]]>

所述的y軸方向的位移v₃滿足以下公式：

v3=1+μERe{S(y,z)}{1-11+exp[-(x+L)}]]>

所述的z軸方向的位移w₃滿足以下公式：

w3=1+μEIm{S(y,z)}{1-11+exp[-(x+L)]}]]>

其中，E為土的彈性模量；

第五步、確定土體損失引起的土體變形；

所述的土體損失引起的土體變形包括：x軸方向的位移u₃，y軸方向的位移v₃，z軸方向的位移w₃，x、y、z軸方向與第二步同；

所述的x軸方向的位移u₄滿足以下公式：

u4=-2(1-μ)V′πyy2+h2(1-xx2+y2+h2)]]>

所述的y軸方向的位移v₄滿足以下公式：

v4=-2(1-μ)V′π1x2+y2+h2]]>

所述的z軸方向的位移w₄滿足以下公式：

w4=-2(1-μ)V′πhy2+h2(1-xx2+y2+h2)]]>

式中V’滿足以下公式：

V′=Vexp{-[1.38y2(h+R)2]+0.69z2h2}]]>

其中：V為隧道單位長度的土體損失，滿足公式：V＝πR²η，η為土體損失率；

第六步、根據上述步驟得到的結果，確定任意點處土體總變形，為頂管施工保護提供依據；

所述的任意點處土體總變形是指：任意點處x軸方向的位移u，y軸方向的位移v，z軸方向的位移w，u，v，w分別滿足以下公式：

u＝u₁+u₂+u₃+u₄

v＝v₁+v₂+v₃+v₄

w＝w₁+w₂+w₃+w₄。