盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法，其包括以下步骤：确定第一管片环的各个纵缝接头位置对应的管片环中心角i、编号i及第i个纵缝接头对应的纵缝接头抗弯刚度Ki；确定与第一管片环相邻的第二管片环的上述参数；以匀质圆环法计算两环管片中任一接头所对应的均质圆环位置的弯矩的绝对值Mi；计算接头承受的实际弯矩；计算各种拼装方式的分块方案的第一管片环与第二管片环的所有纵缝接头的转角之和；选取其中两环管片的所有纵缝接头转角之和最小的方案为最优分块方案。采用本发明专利技术的方法进行分析时仅需要管片纵缝接头的相关力学参数，即可对方案做出相关评价，目的明确，方法科学合理，使用方便，省时省力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及盾构隧道领域，特别涉及一种盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法。
技术介绍
现有研究表明，盾构隧道横向变形过程中，纵缝接头是最薄弱的部位，而管片主截面发生破损的情况极少发生，因此，最大限度地减小管片纵缝接头所承受的弯矩是提高管片破损的“短板”的措施之一。现有对管片环分块方式分析中，在确定的数种分块方案后，再采用相关计算模型，对各种方案的管片结构内力与变形进行分析计算，对计算结果进行比较分析，最后提出最优的设计方案。采用这种方法进行分析时，工作量大，且其本质问题不明确，即需要最大限度地减小管片环所有纵缝接头所承受的弯矩。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有分析方法存在的工作量大、分析方法需要解决的本质问题不明确的缺陷，提供一种盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法，其特点在于，分块方式的方案比选时选取连续的两环管片进行分析，其包括以下步骤：步骤1、以第一管片环正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；设第一管片环有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以i代表第一管片环的第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表第一管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Ki代表第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；步骤2、与第一管片环相邻的为第二管片环，第二管片环的分块方式与第一管片环相同，以第二管片环的正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；与第一管片环相同，第二管片环也有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以n+i代表第二管片环第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表第二管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Kn+i代表第二管片环的第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；当盾构隧道采用通缝拼装时，且Ki＝Kn+i；当盾构隧道采用错缝拼装时，且Ki≠Kn+i；步骤3、根据盾构隧道的所承受的设计荷载，不考虑管片环的纵缝接头影响，即将管片环当作无纵缝接头的均质圆环，计算得到该均质圆环的沿环向分布的弯矩；设均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mi，均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mn+i；步骤4、设管片环的弯矩提高率为ξ，则第一管片环编号为i的纵缝接头承受的弯矩为(1-ξ)×Mi，第二管片环编号为n+i的纵缝接头承受的弯矩为(1-ξ)×Mn+i；步骤5、设有f种管片环分块方案，管片环的分块方案的编号为j，其中1≤j≤f，即：j方案中的第一管片环中的各个纵缝接头在对应均质圆环上的弯矩作用下的转角之和为：θj1=Σi=1nMji(1-ξ)Kji;]]>j方案中的第二管片环的各个纵缝接头在对应均质圆环上的弯矩作用下的转角之和为：θj2=Σi=1nMj(n+i)(1-ξ)Kj(n+i);]]>则j方案中的第一管片环和第二管片环在对应均质圆环上的弯矩作用下的所有纵缝接头的转角之和为：θj=θj1+θj2=Σi=1nMji(1-ξ)Kji+Σi=1nMj(n+i)(1-ξ)Kj(n+i);]]>上述公式中，各符号的下标j表示方案j中的相关参数，其中，θj1为j方案中第一管片环中的各个纵缝接头的转角之和；Mji(1-ξ)为j方案中第一管片环i号纵缝接头承受的弯矩，其数值由步骤4得出；Kji为j方案中第一管片环i号纵缝接头对应的纵缝接头抗弯刚度；θj2为j方案中第二管片环中的各个纵缝接头的转角之和；Mj(n+i)(1-ξ)为j方案中第二管片环编号为n+i的纵缝接头承受的弯矩，其数值由步骤4得出；Kj(n+i)为j方案中第二管片环编号为n+i的纵缝接头对应的纵缝接头抗弯刚度；步骤6、在f种管片环的分块方案中，根据步骤5可以依次得到各方案的第一管片环与第二管片环的转角之和为θj，即依次为θ1，θ2，…θf；设γ为其中最小的角度，即γ＝Min(θ1，θ2，…θf)，则以第一管片环与第二管片环的转角之和为γ所对应的管片环分块方案为f种管片环分块方案中的最优的管片环分块方案。较佳地，当盾构隧道采用错缝拼装时，步骤4中0<ξ<1。较佳地，当盾构隧道采用通缝拼装时，步骤4中ξ＝0。较佳地，所述步骤6中，当第一管片环与第二管片环的转角之和为γ所对应的管片环分块方案有两种时，则以该两种方案中第一管片环与第二管片环的各纵缝接头转角的方差最小的方案作为最优管片环分块方案。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术方法适用于盾构隧道管片分块方式的方案优化比选，且适用于的盾构隧道的通缝拼装管片环及错缝拼装管片环的分块方式评价分析，分析时仅需要管片纵缝接头的相关力学参数，即可对方案做出相关评价，目的明确，方法科学合理，使用方便，省时省力。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的盾构隧道管片环的结构示意图。具体实施方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本专利技术。实施例1如图1所示，盾构隧道管片环包括一个封顶块管片2和多个非封顶块管片3，封顶块管片2和多个非封顶块管片3之间连接成一环形，封顶块管片和非封顶块管片之间、非封顶块管片之间均通过纵缝接头1连接。纵缝接头1还包括螺栓4和螺母5，螺栓4和螺母5相互配套。盾构隧道管片环之间可以采用通缝连接的拼装方式，即相邻的管片环结构相同，而相邻管片环中，前一个管片环的纵缝接头的位置和后一个管片环的纵缝接头的位置相同。此时，无需对相邻的管片环进行区分，仅需计算一个管片环。采用通缝连接时，纵缝接头处的弯矩提高率ξ＝0。管片环之间采取通缝连接时，盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法，其包括以下步骤：步骤1、如图1所示，以管片环正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；从0°位置顺时针旋转90度，该位置的管片环中心角为90°；从0°位置顺时针旋转管片环180度，该位置的管片环中心角为180°；从0°位置顺时针旋转270度，该位置的管片环中心角为270°。设管片环有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以i代表管片环的第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Ki代表第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；步骤2、根据盾构隧道的所承受的设计荷载，不考虑管片环的纵缝接头影响，即将管片环当作无纵缝接头的均质圆环，计算得到该均质圆环的沿环向分布的弯矩；设均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mi。步骤3、设有c种管片环分块方案，管片环的分块方案的编号为j，其中1≤j≤c，即：j方案中的管片环中的各个纵缝接头在对应均质圆环上的弯矩作用下的转角之和为：θj=Σi=1n|Mji|Kji;]]>上述公式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法，其特征在于，分块方式的方案比选时选取连续的两环管片进行分析，其包括以下步骤：步骤1、以第一管片环正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；设第一管片环有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以i代表第一管片环的第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表第一管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Ki代表第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；步骤2、与第一管片环相邻的为第二管片环，第二管片环的分块方式与第一管片环相同，以第二管片环的正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；与第一管片环相同，第二管片环也有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以n+i代表第二管片环第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表第二管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Kn+i代表第二管片环的第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；当盾构隧道采用通缝拼装时，且Ki＝Kn+i；当盾构隧道采用错缝拼装时，且Ki≠Kn+i；步骤3、根据盾构隧道的所承受的设计荷载，不考虑管片环的纵缝接头影响，即将管片环当作无纵缝接头的均质圆环，计算得到该均质圆环的沿环向分布的弯矩；设均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mi，均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mn+i；步骤4、设管片环的弯矩提高率为ξ，则第一管片环编号为i的纵缝接头承受的弯矩为(1‑ξ)×Mi，第二管片环编号为n+i的纵缝接头承受的弯矩为(1‑ξ)×Mn+i；步骤5、设有f种管片环分块方案，管片环的分块方案的编号为j，其中1≤j≤f，即：j方案中的第一管片环中的各个纵缝接头在对应均质圆环上的弯矩作用下的转角之和为：θj1=Σi=1nMji(1-ξ)Kji;]]>j方案中的第二管片环的各个纵缝接头在对应均质圆环上的弯矩作用下的转角之和为：θj2=Σi=1nMj(n+i)(1-ξ)Kj(n+i);]]>则j方案中的第一管片环和第二管片环在对应均质圆环上的弯矩作用下的所有纵缝接头的转角之和为：θj=θj1+θj2=Σi=1nMji(1-ξ)Kji+Σi=1nMj(n+i)(1-ξ)Kj(n+i);]]>上述公式中，各符号的下标j表示方案j中的相关参数，其中，θj1为j方案中第一管片环中的各个纵缝接头的转角之和；Mji(1‑ξ)为j方案中第一管片环i号纵缝接头承受的弯矩，其数值由步骤4得出；Kji为j方案中第一管片环i号纵缝接头对应的纵缝接头抗弯刚度；θj2为j方案中第二管片环中的各个纵缝接头的转角之和；Mj(n+i)(1‑ξ)为j方案中第二管片环编号为n+i的纵缝接头承受的弯矩，其数值由步骤4得出；Kj(n+i)为j方案中第二管片环编号为n+i的纵缝接头对应的纵缝接头抗弯刚度；步骤6、在f种管片环的分块方案中，根据步骤5可以依次得到各方案的第一管片环与第二管片环的转角之和θj，即θj依次为θ1，θ2，…θf；设γ为其中最小的角度，即γ＝Min(θ1，θ2，…θf)，则以第一管片环与第二管片环的转角之和为γ所对应的管片环分块方案为f种管片环分块方案中的最优的管片环分块方案。...

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片环分块方式的方案比选分析方法，其特征在于，分块方式的方案比选时选取连续的两环管片进行分析，其包括以下步骤：步骤1、以第一管片环正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；设第一管片环有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以i代表第一管片环的第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表第一管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Ki代表第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；步骤2、与第一管片环相邻的为第二管片环，第二管片环的分块方式与第一管片环相同，以第二管片环的正上方为管片环中心角的起点，该位置的管片环中心角的度数为0度；管片环中心角的度数以顺时针方向增加；与第一管片环相同，第二管片环也有n个纵缝接头，纵缝接头编号从各纵缝接头所对应的管片环中心角中度数最小的管片环中心角的纵缝接头开始，以n+i代表第二管片环第i个纵缝接头的编号，其中1≤i≤n，以代表第二管片环的第i个纵缝接头所对应的管片环中心角，以Kn+i代表第二管片环的第i个纵缝接头所对应的纵缝接头抗弯刚度；当盾构隧道采用通缝拼装时，且Ki＝Kn+i；当盾构隧道采用错缝拼装时，且Ki≠Kn+i；步骤3、根据盾构隧道的所承受的设计荷载，不考虑管片环的纵缝接头影响，即将管片环当作无纵缝接头的均质圆环，计算得到该均质圆环的沿环向分布的弯矩；设均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mi，均质圆环上管片环中心角为处弯矩的绝对值Mn+i；步骤4、设管片环的弯矩提高率为ξ，则第一管片环编号为i的纵缝接头承受的弯矩为(1-ξ)×Mi，第二管片环编号为n+i的纵缝接头承受的弯矩为(1-ξ)×Mn+i；步骤5、设有f种管片环分块方案，管片环的分块方案的编号为j，其中1≤j≤f，即：j方案中的第一管片环中的各个纵缝接头在对应均质圆环上的弯矩作用下的转角之和为：θj1=Σi=1nMji(1-ξ)Kji;]]>j方案中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周顺华，黄大维，王秀志，刘洪波，黄小平，
申请(专利权)人：上海申通地铁集团有限公司，同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31