[發明專利]一種鋼套管施工引起鄰近地鐵隧道附加圍壓的計算方法

在審

• 申請號: 202110418309.2
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113177246A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 丁智;張霄;姜葉翔;羊逸君;周奇輝;劉尊景;王震
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F30/23
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

1.一種鋼套管施工引起鄰近地鐵隧道附加圍壓的計算方法，其特征在于，包括：

建立鋼套管鄰近地鐵隧道施工的計算模型；

根據所述計算模型，計算樁端壓力p引起的第一豎向和水平向附加應力；

根據所述計算模型，計算樁側徑向壓力q引起的第二豎向和水平向附加應力；

根據所述計算模型，計算樁側垂向摩阻力f引起的第三豎向和水平向附加應力；

根據第一、第二和第三豎向和水平向附加應力，計算鋼套管施工各附加力引起的總豎向和水平向附加應力；

根據所述總豎向和水平向附加應力，計算考慮隧道存在影響的附加圍壓。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，建立鋼套管鄰近地鐵隧道施工的計算模型，包括：

以橋樁樁頂的圓周中心作為坐標原點建立坐標系，橋樁垂直于xoy平面，沿著z軸正向施工，地鐵隧道沿著y軸縱向分布，得到鋼套管鄰近地鐵隧道施工的計算模型。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算樁端壓力p引起的豎向和水平向附加應力，包括：

計算鋼套管內土塞螺旋向上滑動時的樁端壓力；

計算鋼套管內土塞豎直向上滑動時的樁端壓力；

根據不同施工工藝選擇所述樁端壓力計算公式，計算樁端壓力p引起的豎向和水平向附加應力。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算樁端壓力p引起的豎向和水平向附加應力，包括：

(1)計算鋼套管內土塞螺旋向上滑動時的樁端壓力；

當采用旋壓鋼套管的方式進入土體并在發生環向剪切破壞前，鋼套管內土塞相對鋼套管螺旋向上滑動，此時，樁端壓力的計算公式為：

式中，t為鋼套管的壁厚(m)；E為土體的彈性模量(MPa)；d_s為橋樁直徑與鋼套管壁厚之和(m)，d_s＝d+t，d為橋樁的直徑(m)；n為鋼套管內壁與土塞的相對切向速度與豎向速度之比；A為土塞的截面面積(m²)；v為土體的泊松比；c_a為土塞與鋼套管內壁的粘聚力(kN/m²)，為土塞與鋼套管內壁的摩擦角(°)，界面粘聚力c_a和界面摩擦角應基于周圍土體的粘聚力c和內摩擦角進行適當折減，c_a＝R₀c，R₀為折減系數；U為鋼套管內壁的周長(m)；γ為土體的重度(kN/m³)；z₀為土塞最底層土體的高度(m)；p₁為土塞最底層土體的頂部應力(kN/m²)。

(2)計算鋼套管內土塞豎直向上滑動時的樁端壓力；

當采用旋壓鋼套管的方式進入土體并在發生環向剪切破壞后或采用豎向靜壓鋼套管的方式進入土體時，鋼套管內土塞相對鋼套管豎直向上滑動，此時，樁端壓力的計算公式為：

(3)根據不同施工工藝選擇所述樁端壓力計算公式，計算樁端壓力p引起的豎向和水平向附加應力；

樁端壓力p分布于橋樁底面，作用于樁底土體；于樁端處取任一微元體dA＝rdrdθ，作用集中力dp＝pdA＝prdrdθ，力的作用點坐標為(x₁,y₁,z₁)＝(rcosθ,rsinθ,H)，根據所述樁端壓力p的計算公式代入，積分即可得到樁端壓力p在隧道某一點(x,y,z)處引起的豎向附加應力σ_z-p和水平向附加應力σ_x-p；

樁端壓力p引起的隧道某一點(x,y,z)處豎向附加應力為：

樁端壓力p引起的隧道某一點(x,y,z)處水平向附加應力為：

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算樁側徑向壓力q引起的豎向和水平向附加應力，包括：

計算樁側徑向壓力；

根據所述樁側徑向壓力，計算樁側徑向壓力q引起的豎向和水平向附加應力。