[發明專利]針對雙模盾構模式安全轉換位置的力學分析評價方法

在審

• 申請號: 202210103772.2
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114492047A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 雷軍;朱向飛;楊子漢;張鵬輝;彭斌;于廣明;戴亦軍;丁紅軍;鄺利軍;黃兩宜;陳澤
• 申請（專利權）人: 中國建筑第五工程局有限公司;青島理工大學;中國建筑股份有限公司;中國建設基礎設施有限公司;中建南方投資有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21D9/11;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

1.針對雙模盾構模式安全轉換位置的力學分析評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A、根據相關地質勘探報告文件，確定雙模盾構施工換模位置地質模型圖；

步驟B、定義并獲得力學分析評價參數；

(1)所述力學分析評價參數包括：TBM轉EPB時，盾構機刀盤前方全斷面硬巖的最小長度L_留；EPB轉TBM時，盾構機進入全斷面硬巖的最小長度L_入；模式轉換期間，拱頂保持穩定狀態上覆硬巖的最小厚度H_覆；模式轉換期間，地層底部存在空洞時，隧道底板保持穩定狀態的底部硬巖最小厚度H_底；

(2)結合工程所選雙模轉換位置的巖層性質，通過力學分析得到上述四個力學分析評價參數的值；

步驟C、基于所述力學分析評價參數，對當前轉換位置處的圍巖進行穩定性分析，進而實現雙模盾構轉換位置安全性的力學分析評價，當L_留、L_入、H_覆、H_底四個力學分析評價參數全部安全時，則此處的轉換位置位置安全，否則不是安全的轉換位置，則重新選擇合適的雙模盾構轉換位置。

2.根據權利要求1所述的針對雙模盾構模式安全轉換位置的力學分析評價方法，其特征在于：所述步驟B中，模式轉換期間，拱頂保持穩定狀態關鍵層的最小厚度H_覆具體通過以下方式獲得：

(1)壓力拱邊界隨軟硬巖交接面的變化而變化，設置如下工況：

工況一：首先設置一個軟硬巖交界面的位置，確定壓力拱外邊界；

工況二：根據工況一的試算結果，再次改變軟硬巖交界面的位置，確定壓力拱外邊界；

工況三：根據工況二的試算結果，再次改變軟硬巖交界面的位置，確定壓力拱外邊界；

……；

依次類推，直至拱頂部位的壓力拱外邊界正好與軟硬巖交接面重合，此時軟硬交界面至隧道拱頂的距離即為拱頂保持穩定狀態的上覆硬巖最小厚度H_覆。

3.根據權利要求1所述的針對雙模盾構模式安全轉換位置的力學分析評價方法，其特征在于：所述步驟B中，模式轉換期間，地層底部存在空洞時，隧道底板保持穩定狀態的底部硬巖最小厚度H_底具體通過以下方式獲得：

(1)引入基本假設：設巖體完整且為均勻的、各向同性的連續介質，既能承受壓應力也能承受拉應力，將隧道底板巖層簡化為兩端固定的梁，不考慮承壓水的作用，不考慮溶洞頂部壓力拱的作用；

(2)將梁上作用的荷載包括隧道底部巖體以及盾構機前盾和中盾的自重荷載，簡化計算模型；

(3)搜集地勘報告種巖層的抗拉、抗壓強度；

(4)依據工程經驗以及工程重要性，選擇安全系數；

(5)計算隧道底部巖體的容許抗拉強度[σ_t]，隧道底部巖體容許抗剪強度[τ]；

(6)進行巖層抗彎力學評價：

(7)進行巖層抗剪力學評價

(8)取H_底＝max{H_底1、H_底2}

其中，γ為隧道底部巖體重度，B為隧道底部溶洞寬度，取溶洞直徑，G為盾構機前盾和中盾的自重在隧道開挖方向上的均布荷載H_底隧道底板厚度，l為溶洞跨度，取溶洞直徑。

4.根據權利要求1所述的針對雙模盾構模式安全轉換位置的力學分析評價方法，其特征在于：所述步驟B中，TBM轉EPB時，盾構機刀盤前方全斷面硬巖的最小長度L_留以及EPB轉TBM時，盾構機進入全斷面硬巖的最小長度L_入具體通過以下方式獲得：

(1)搜集盾構施工基本數據，其中包括隧道直徑D，作用在掌子面巖盤上的水土壓力q、巖體的抗拉強度σ_t、摩擦角

(2)計算擴散角：

(3)帶入

(4)L_留、L_入在工程中為等效過程，兩者相等，則

5.根據權利要求1所述的針對雙模盾構模式安全轉換位置的力學分析評價方法，其特征在于：所述步驟C具體通過以下方式評價：

(1)當實際工程所選轉換點位置的上覆硬巖厚度大于所計算的拱頂保持穩定狀態的上覆硬巖最小厚度H_覆時，則此項評價安全，當實際工程所選轉換點位置的上覆硬巖厚度小于所計算的拱頂保持穩定狀態的上覆硬巖最小厚度H_覆時，則此項評價不安全；

(2)判斷實際工程中底部硬巖厚度是否大于H_底，若大于則此項評價安全，若小于則此項評價不安全；

(3)判斷轉換位置位置的實際留巖、入巖長度是否對應的大于L_留、L_入，若大于，則此項力學評價指標安全，若小于，則此項力學評價指標不安全。