[發明專利]一種土-巖復合地層類馬蹄形盾構隧道設計方法

有效

• 申請號: 202110889728.4
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113378284B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 石鈺鋒;張濤;周宇航;唐檢軍;紀松巖;張慧鵬;黃大維;蔣亞龍
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;南昌軌道交通集團有限公司;中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

1.一種土-巖復合地層類馬蹄形盾構隧道設計方法，其特征在于，所述方法針對應用于軟土-硬巖復合地層，所設計出的盾構隧道橫斷面呈“上拋物線、下橢圓弧”的類馬蹄形構造，以獲得所述盾構隧道理論彎矩值為零；

所述土-巖復合地層類馬蹄形盾構隧道設計方法包括以下步驟：

（1）根據盾構隧道的使用要求，確定所述盾構隧道橫斷面軸線的豎向直徑；

根據所述盾構隧道所處軟土、硬巖層厚度以及地下水位情況計算所述軟土-硬巖復合地層荷載作用模式；

（2）根據所述盾構隧道確定的所述荷載作用模式計算所述盾構隧道的橫斷面參數，以進行橫斷面施工優化設計；

（3）根據所述盾構隧道的橫斷面參數，進行所述盾構隧道管片設計和橫斷面空間設計規劃；

當所述盾構隧道位于不考慮水壓力的軟土-硬巖復合地層時，所述土-巖復合地層荷載作用模式的土壓力計算公式為：

；

當所述盾構隧道位于水-軟土-硬巖復合地層且符合水土分算時，所述土-巖復合地層荷載作用模式的土壓力計算公式為：

；

所述盾構隧道的橫斷面參數包括所述盾構隧道橫斷面軸線表達式、橫斷面軸線的土-巖層交界線處水平直徑R_b與中心水平直徑R_c；

所述盾構隧道的橫斷面軸線在X-Y坐標系中X軸的正方向與負方向時的表達式為：

，；

，；

所述盾構隧道橫斷面軸線的土層交界線處水平直徑R_b與中心水平直徑R_c計算公式為：

；

；

式中，X-Y坐標系中的坐標原點位于所述盾構隧道橫斷面軸線的豎向直徑頂點位置，x軸與所述盾構隧道橫斷面軸線的中心水平直徑相平行，y軸與所述盾構隧道橫斷面軸線中的豎向直徑相平行；

；

所述根據所述盾構隧道確定的荷載作用模式計算所述盾構隧道的橫斷面參數步驟之后，還包括以下步驟：考慮實際工程的施工，對土-巖層交界線處的橫斷面軸線尖角突變進行優化，設計采用一段圓曲線進行修正過渡，為方便施工以及經多次曲線擬合分析，設計圓曲線起終點為巖土層交界線上下b/4處，兩側圓心O位置為（±X_O，L/2），半徑為R_a，計算公式為：

其中，上述公式中：P₁為所述盾構隧道頂部位置的豎向土壓力；

q₁為所述盾構隧道所處軟土層頂部位置的水平土壓力；

q₂為所述盾構隧道所處軟土層底部位置的水平土壓力；

q₃為所述盾構隧道所處硬巖層的水平均布土壓力；

表示所述盾構隧道上覆土體的容重，對于土體分層時則表示平均容重；

為水的容重；

γ_s表示所述盾構隧道所處軟土層的容重；

表示所述盾構隧道所處硬土層的容重；

為所述盾構隧道所處軟土層的側土壓力系數；

為所述盾構隧道所處硬巖層的側土壓力系數；

H為所述盾構隧道的上覆土層厚度；

為地下水位距離所述盾構隧道頂部的垂直距離；

h_O為圓曲線圓心距離坐標原點的豎向距離；

a為所述盾構隧道所處的軟土層厚度；

b為所述盾構隧道所處的硬巖層厚度；

c為土層交界線上b/4處盾構隧道橫斷面軸線的x值絕對值；

d為土層交界線下b/4處盾構隧道橫斷面軸線的x值絕對值；

R_a為圓曲線半徑；

L為所述盾構隧道橫斷面軸線的豎向直徑，且假定。

2.根據權利要求1所述的土-巖復合地層類馬蹄形盾構隧道設計方法，其特征在于，根據所述盾構隧道的使用功能，判斷所述隧道的橫斷面空間是否滿足限界使用要求；

若不滿足，調整豎向直徑L的值并按上述步驟重新計算所述盾構隧道的土-巖復合地層荷載作用模式以及獲得所述盾構隧道新的橫斷面參數；

若滿足，則進一步驗算所述盾構隧道的橫斷面是否滿足結構可靠度要求。