[發(fā)明專利]一種豎向頂管法施工過程中水平隧道的管片內(nèi)力計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010620517.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111737878A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏綱;王霄;魏新江;朱成偉;章麗莎;郝威;閆自海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙大城市學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;E21D11/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種豎向頂管法施工過程中水平隧道的管片內(nèi)力計(jì)算方法，首先豎向頂管法分區(qū)，將水平盾構(gòu)隧道管片分為開口區(qū)、反力區(qū)、鄰接區(qū)、主線隧道區(qū)四個(gè)區(qū)域，然后對(duì)對(duì)施工階段及運(yùn)營(yíng)階段下開口區(qū)、反力區(qū)、鄰接區(qū)的管片進(jìn)行受力分析，得到開口區(qū)、反力區(qū)、鄰接區(qū)的管片在這兩個(gè)階段的受力情況；最后根據(jù)分出的區(qū)域計(jì)算對(duì)應(yīng)的管片內(nèi)力；本發(fā)明計(jì)算方法簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，考慮了豎向頂管法施工對(duì)水平隧道管片內(nèi)力的影響，適用于豎向頂管法施工時(shí)水平隧道管片內(nèi)力的計(jì)算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種豎向頂管法施工過程中水平隧道的管片內(nèi)力計(jì)算方法。

背景技術(shù)

近幾年，城市化進(jìn)程加快、人口急劇增長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境惡化、土地資源日漸匱乏，均導(dǎo)致城市面臨了巨大的空間壓力，地下空間的開發(fā)和利用日益成為擴(kuò)大人民生產(chǎn)生活空間的主要解決方法。地下空間中，豎井的建設(shè)必不可少，其用途非常廣泛，可作為通風(fēng)井、逃生井、工作井等。相比于采用傳統(tǒng)的明挖法進(jìn)行豎井的施工，采用朝上掘進(jìn)法(包括豎向頂管法、朝上掘進(jìn)盾構(gòu)法)進(jìn)行施工具有不占用地面空間，施工時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。

豎向頂管具有對(duì)環(huán)境影響小，施工便利等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。豎向頂管法的施工區(qū)域位于水平盾構(gòu)隧道中，管片是盾構(gòu)法隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，管片設(shè)計(jì)的好壞直接影響盾構(gòu)隧道的質(zhì)量和壽命，由于豎向頂管法中，水平盾構(gòu)隧道受到朝下的頂升反力、豎向管節(jié)的重力、豎向開挖引起的土體卸載等特殊的力的作用，因此豎向頂管法中的水平盾構(gòu)隧道管片設(shè)計(jì)與一般的水平盾構(gòu)隧道管片設(shè)計(jì)有較大的不同，對(duì)水平盾構(gòu)隧道管片的內(nèi)力計(jì)算方法研究非常有必要。

長(zhǎng)期以來，盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)主要以土力學(xué)理論、結(jié)構(gòu)計(jì)算理論、連續(xù)介質(zhì)理論以及經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)。對(duì)于隧道設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外的計(jì)算模型通常有4種：經(jīng)驗(yàn)類比法、荷載結(jié)構(gòu)模型、地層結(jié)構(gòu)模型、收斂限制模型。國(guó)內(nèi)最常使用的方法是荷載結(jié)構(gòu)模型。荷載結(jié)構(gòu)是將盾構(gòu)隧道管片與土體分別計(jì)算分析。而針對(duì)盾構(gòu)隧道中襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)管片結(jié)構(gòu)采用的力學(xué)處理方法的不同，荷載結(jié)構(gòu)模型下主要有以下四種方法：慣用法(自由變形均質(zhì)圓環(huán)法)、修正慣用法、彈性鉸法和梁-彈簧法。自由變形法是被眾多學(xué)者所接受的一種經(jīng)典實(shí)用的算法，該方法假定圓形襯砌在土體中為自由變形的彈性均質(zhì)圓環(huán)，與彈性鉸法和梁-彈簧法相比，該方法概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)潔。因此，本發(fā)明基于自由變形法，提出了一種豎向頂管法中水平盾構(gòu)隧道管片的內(nèi)力計(jì)算方法。

目前，關(guān)于豎向頂管法施工過程中水平隧道的管片內(nèi)力計(jì)算幾乎沒有研究成果，相對(duì)于水平掘進(jìn)，豎向頂管法施工過程中，朝下的頂升反力、豎向管節(jié)的重力、豎向開挖引起的土體卸載等作用力直接作用在水平隧道管片上，因此，無法繼續(xù)采用水平隧道的一般管片設(shè)計(jì)方法進(jìn)行內(nèi)力的直接計(jì)算，需要重新提出一種的豎向頂管法中水平盾構(gòu)隧道管片的內(nèi)力計(jì)算新方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種豎向頂管法施工過程中水平隧道的管片內(nèi)力計(jì)算方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種豎向頂管法施工過程中水平隧道的管片內(nèi)力計(jì)算方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：豎向頂管法分區(qū)。

首先，根據(jù)豎向頂管法水平隧道各部分的受力特征，對(duì)其進(jìn)行分區(qū)。水平盾構(gòu)隧道管片位于開口區(qū)、反力區(qū)、鄰接區(qū)、主線隧道區(qū)四個(gè)區(qū)域。對(duì)于主線隧道區(qū)的水平盾構(gòu)隧道管片，按照傳統(tǒng)的水平隧道盾構(gòu)管片計(jì)算方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

步驟2：對(duì)施工階段及運(yùn)營(yíng)階段下開口區(qū)、反力區(qū)、鄰接區(qū)的管片進(jìn)行受力分析，得到開口區(qū)、反力區(qū)、鄰接區(qū)的管片在這兩個(gè)階段的受力情況。

步驟3：對(duì)施工階段的水平盾構(gòu)隧道反力區(qū)及開口區(qū)的管片進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。首先計(jì)算管片自重g、豎向管節(jié)自重G(kN)、豎向地層壓力q₁、地面超載q₂、側(cè)向水平地層壓力q₃、靜水壓力q₄和頂升反力q₅。