[發明專利]一種新建隧道上穿引起既有盾構隧道縱向變形的高精度預測方法

有效

• 申請號: 202110646285.6
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113360985B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 樂騰勝;梁榮柱;郭楊;高坤;張志偉;陳小川;谷鈺;崔偉;陶俊;向黎明
• 申請（專利權）人: 安徽省建筑科學研究設計院;安徽省建筑工程質量第二監督檢測站
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 合肥市科融知識產權代理事務所(普通合伙) 34126
• 代理人: 李慧

1.一種新建隧道上穿引起既有盾構隧道縱向變形的高精度預測方法，其特征在于，包括：

基于彈性力學Mindlin解推導建立隧道開挖引起既有盾構隧道軸線處土體縱向自由位移u(y)；

建立非連續盾構隧道計算模型：將盾構隧道沿長度方向劃分為標準環單元和接頭單元，其中標準環單元為將管片環簡化后的Euler-Bernoulli短梁，其長度與管片環長度一致，接頭單元為模擬環間接頭的無長度轉動彈簧；

將既有盾構隧道簡化為擱置于非線性Pasternak地基上的接頭非連續盾構隧道模型，并參考所述縱向自由位移u(y)分別構建：

隧道管片環段縱向位移差分方程和環間接頭區段縱向位移差分方程；

隧道環間接頭處彎矩差分方程和非接頭處彎矩差分方程；

盾構隧道縱向環間張開量Δ計算公式；

采用有限差分法和牛頓迭代法進行求解分別得到盾構隧道的縱向位移、彎矩和縱向環間張開量Δ；

其中，在構建隧道管片環段縱向位移差分方程前，預先基于Pasternak地基模型并結合地基的非線性變形，建立地基反力模型公式為：

其中q(x)為地基反力；w(x)為地基變形；

G_c為剪切層的剪切剛度，G_c＝E_sh_t/6(1+v)，其中E_s為土體的壓縮模量，h_t為剪切層厚度；

k_u為割線斜率且k_u＝q_u/δ_u，式中δ_u為土體獲得極限接觸壓力所需要的位移值，q_u＝S_uN_v，其中S_u為土體不排水抗剪強度，N_v為縱向隆起系數且計算公式為：

適用于

式中：H_t為隧道埋置深度，D為隧道直徑。

2.根據權利要求1所述的一種新建隧道上穿引起既有盾構隧道縱向變形的高精度預測方法，其特征在于，所述基于彈性力學Mindlin解推導新建隧道開挖引起既有盾構隧道軸線處土體縱向自由位移u(y)，具體包括：

以新建隧道與既有盾構隧道交點為原點，既有盾構隧道延長方向為y軸建立空間全局坐標系o-xyz，并基于空間全局坐標系o-xyz得到局部坐標系o′-x′y′z′，其中全局坐標系o-xyz與局部坐標系o′-x′y′z′間的轉換關系為：

基于Mindlin位移解，構建新建隧道開挖引起既有盾構隧道軸線處土體縱向自由位移公式：

其中L₁、L₂分別為局部坐標系o′-x′y′z′中新建隧道尾首沿x′軸方向距離原點的距離，v為各土層加權平均泊松比；

G_s為土體的剪切剛度，計算公式為：G_s＝(1-2v)E_s/2(1+v)，式中E_s為土體的彈性模量；

H為新建隧道底部距離地面的垂直距離；

p為新建隧道開挖沿橫向每延米卸荷荷載，計算公式為：

式中γ_s、γ_t、γ_n分別為新建隧道開挖土體、管片和觸變泥漿的重度；R、R_o、R_i分別為新建隧道開挖半徑、管環外半徑和內半徑；

R₁、R₂的計算公式為：

R₁＝((xcosα+ysinα-ε)²+(ycosα-xsinα-η)²+(z-H)²)^1/2；

R₂＝((xcosα+ysinα-ε)²+(ycosα-xsinα-η)²+(z+H)²)^1/2。