[發(fā)明專利]一種基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910391730.1
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110188413B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 魏綱;張鑫海;林心蓓;張治國;齊永潔;郝威;王霄;王新;董北北
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月;邱啟旺

1.一種基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)根據設計資料得到的基坑開挖尺寸、隧道幾何尺寸、基坑與隧道的位置關系以及地層地下水位情況，建立根據基坑開挖的卸載模型；

步驟(2)根據基坑開挖的卸載模型，采用Mindlin解計算基坑開挖引起的土體附加應力；

步驟(3)根據基坑開挖引起的土體附加應力，得到隧道橫向附加荷載分布，并取縱向位移最大處截面處的附加荷載；

步驟(4)建立能夠描述基坑開挖附加荷載作用下隧道與土體協調變形過程的隧道橫向受力-位移-再平衡附加圍壓重分布模型；

步驟(5)將步驟(3)得到的縱向位移最大處截面處的附加荷載導入到步驟(4)的隧道橫向受力-位移-再平衡附加圍壓重分布模型中，結合縱向位移最大處管片環(huán)的縱向環(huán)間作用力約束條件，得到該截面隧道變形穩(wěn)定后縱向位移最大處截面附加荷載的分布；

步驟(6)縱向位移處隧道變形穩(wěn)定后的各個方向附加荷載，得到變形穩(wěn)定后該截面處襯砌的附加圍壓。

2.根據權利要求1所述的基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法，其特征在于：所述步驟(1)具體步驟如下：

在盾構隧道旁側開挖矩形基坑，在地面基坑中心o處建立坐標系，x和y軸分別垂直和平行于隧道軸線，z軸以豎直向下為正方向；沿y軸方向的基坑開挖尺寸為L，沿x軸方向的基坑開挖尺寸為B，基坑開挖深度為d；隧道軸線與基坑中心的水平距離為a，盾構隧道外徑為D，隧道軸線埋深為h，基坑圍護結構至隧道的最小凈距為s(s＝a-B/2-D/2)；基坑底部以下圍護結構插入深度為d₀，基坑圍護結構總高度為H(H＝d+d₀)；由此可得隧道軸線上任一點坐標為(a，l，h)，l為隧道上計算點沿y軸方向與基坑開挖中心的水平距離；基坑4個側壁的編號分別為①、②、③、④；側壁①和③平行于隧道軸線，側壁①位于隧道旁側；側壁②和④垂直于隧道軸線。

3.根據權利要求1所述的基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法，其特征在于：所述步驟(2)具體步驟如下：

根據Mindlin應力解，在半無限彈性體中(x₁,y₁,z₁)處作用一沿x軸方向的單位力，計算點(x,y,z)處產生的沿x方向附加應力為：

沿z方向附加應力為：

式中：μ為土的泊松比；

在半無限彈性體中(x₁,y₁,z₁)處作用一沿y軸方向的單位力，計算點(x,y,z)處產生的沿x方向附加應力為：

沿z方向附加應力為：

將基坑開挖的卸載效應簡化為側壁上分布向基坑內側的水平荷載，荷載分布規(guī)律可根據公式(5)進行計算；

p＝βK₀γz????(5)

式中：p為基坑側壁卸載(kN/m²)；γ為土的重度(kN/m²)，可取開挖土體的加權平均值；K₀為靜止土壓力系數；β為基坑側壁應力釋放系數，基坑側壁的卸載可以認為是開挖之后圍護結構所受的側向荷載和初始狀態(tài)的水平靜止土壓力之差；z為計算點沿z軸方向的坐標；

取編號為①的基坑側壁微單元(B/2，ζ，η)，根據公式(1)～(2)和公式(5)進行積分計算可得到，側壁①卸載引起的隧道襯砌外側的土體x方向和z方向附加應力分別為：

z為計算點沿z軸方向的坐標，x為計算點沿x軸方向的坐標；

取編號為②的基坑側壁微單元(ξ，-L/2，η)，根據公式(3)～(4)和公式(5)進行積分計算可得到，側壁②卸載引起的隧道襯砌外側的土體x方向和z方向附加應力分別為：

同理可得側壁④卸載引起的隧道襯砌外側的土體x方向和z方向附加應力分別為：