[發明專利]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

• 申請號: 201910391730.1
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110188413B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（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

本發明公開了一種基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法。本發明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，得到隧道橫向附加荷載分布；提出能描述隧道橫向受力位移再平衡的附加圍壓重分布模型，并推導得到附加圍壓的計算公式。本發明可對基坑開挖引起的旁側盾構隧道的圍壓變化進行預測，適用于不同基坑開挖尺寸和不同基坑與隧道位置關系的工況；防止圍壓及受力變化過大引發安全事故，對工程具有預防、指導作用，可節約施工成本；并為今后有關隧道結構的受力、足尺寸盾構管片加載試驗和地鐵隧道運營安全提供理論支持。

技術領域

本發明屬于地下工程技術領域，尤其涉及一種基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法。

背景技術

隨著城市軌道交通發展和地下空間開發利用，在運營盾構隧道附近進行基坑開挖的工程越來越多。此類鄰近基坑大多位于隧道旁側，基坑側壁的卸荷作用會通過土體傳遞給旁側盾構隧道，在隧道結構上引起附加荷載，破壞管片結構的受力平衡，從而產生變形甚至損傷。因此研究基坑開挖對旁側盾構隧道的影響具有重要的應用價值。

然而，目前在隧道橫向受力和變形方面的研究多為數值模擬，缺乏為足尺寸盾構管片加載試驗提供依據的襯砌圍壓變化理論解。因此，迫切需要探索基坑開挖引起隧道圍壓變化的理論計算方法，進而研究隧道結構的受力，為地鐵隧道運營安全提供理論支持。

針對此類工程問題，國內外已展開了一些研究。研究方法主要可歸納為：實測數據統計分析、數值模擬、理論計算和離心模型試驗。針對基坑開挖引起的旁側隧道圍壓變化的研究較少：

離心模型試驗方面：陳仁朋等^[1]采用離心模型試驗研究了基坑開挖引起的隧道圍壓變化，并研究了隔斷墻對隧道的圍壓的影響。

數值模擬方面：胡海英等^[2]通過數值模擬得到基坑開挖引起的隧道圍壓變化，并計算了管片的內力。

離心模型試驗需要大型超重力離心機、高精度傳感器和模型實驗箱等實驗設備，試驗研究成本較高，需要投入較多的人力、物力和時間。實驗結果還受到科里奧利加速度、粒徑效應、邊界效應等因素的影響。目前常用的數值模擬方法得到的結果僅能作為定性判斷的依據，很難得到定量的準確結果。精細化的數值模擬對計算模型和運算設備具有較高的要求，需要較高的運算成本。目前中國國內尚未見有關于基坑開挖引起的旁側隧道圍壓變化理論計算方面的研究成果報道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的計算方法。本發明的方法適用于不同基坑開挖尺寸和不同基坑與隧道位置關系的工況。根據本發明的方法得到的隧道圍壓疊加上正常工況荷載組合，采用常用的修正慣用法計算隧道的內力，評估基坑對旁側盾構隧道的影響。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基坑開挖引起的旁側盾構隧道圍壓變化的預測方法，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的縱向環間作用力約束條件，得到該截面隧道變形穩定后縱向位移最大處截面附加荷載的分布；