【技术实现步骤摘要】
一种地面堆载引起既有盾构隧道位移计算方法
本专利技术属于地下工程
,具体涉及一种地面堆载引起既有盾构隧道位移计算方法。
技术介绍
盾构隧道有上部地面堆载时,原有受力平衡被打破,引起盾构隧道应力的重分布,产生过大的横向或者纵向变形,引发管片开裂、接缝张开、螺栓失效等现象,影响地铁的安全性。为探究地面堆载对下卧盾构隧道的影响,并为今后隧道运营期变形预测提供理论指导,本专利将建立地面堆载下既有盾构隧道位移,并通过算例对比验证模型的合理性。现有计算方法分析地面堆载引起既有盾构隧道都是基于弹性地基梁法,将盾构隧道简化为均质弹性梁,未考虑隧道环间的”接头效应”,无法计算管片错台量,与实际有所出入。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中不足,提供一种地面堆载引起既有盾构隧道位移计算方法。为了达到上述目的,本专利技术是通过以下技术方案实现的:本专利利用“剪切错台模型”,将盾构隧道等效为一个由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理计算地面堆载引起下卧盾构隧道的纵向变形,以及相邻盾构隧道环之间的错台量和环间剪切力的大小,可评估盾构隧道在运营期间的结构安全性和抗渗性。本专利技术提供一种地面堆载引起既有盾构隧道位移计算方法,其特征在于,先建立地面堆载力学计算模型,如图1和图2所示;令荷载大小为q,单位为kPa;堆载长为L,单位为m;堆载宽为B,单位为m;盾构隧道轴线处埋深为H,单位为m;盾构隧道上部覆土厚h,单位为m;盾构隧道外径为D,单位为m;堆载中心离盾构隧道轴线的水平距离为s,单位为m;以地面堆载中心为原点,取平行盾构隧道方向为y轴,垂直盾构隧道方向为x轴 ...
【技术保护点】
一种地面堆载引起既有盾构隧道位移计算方法,其特征在于,先建立地面堆载力学计算模型,令荷载大小为q,单位为kPa;堆载长为L,单位为m;堆载宽为B,单位为m;盾构隧道轴线处埋深为H,单位为m;盾构隧道上部覆土厚h,单位为m;盾构隧道外径为D,单位为m;堆载中心离盾构隧道轴线的水平距离为s,单位为m;以地面堆载中心为原点,取平行盾构隧道方向为y轴,垂直盾构隧道方向为x轴;具体包括如下步骤:步骤1):地面堆载引起的盾构隧道附加应力计算利用Boussinesq公式,在堆载区域取一微单元,其单位力为σdξdη,通过积分可以求得引起盾构隧道轴线上某一点(x
【技术特征摘要】
1.一种地面堆载引起既有盾构隧道位移计算方法,其特征在于,先建立地面堆载力学计算模型,令荷载大小为q,单位为kPa;堆载长为L,单位为m;堆载宽为B,单位为m;盾构隧道轴线处埋深为H,单位为m;盾构隧道上部覆土厚h,单位为m;盾构隧道外径为D,单位为m;堆载中心离盾构隧道轴线的水平距离为s,单位为m;以地面堆载中心为原点,取平行盾构隧道方向为y轴,垂直盾构隧道方向为x轴;具体包括如下步骤:步骤1):地面堆载引起的盾构隧道附加应力计算利用Boussinesq公式,在堆载区域取一微单元,其单位力为σdξdη,通过积分可以求得引起盾构隧道轴线上某一点(x1,y1,z1)的土体附加水平应力σx为:盾构隧道轴线上某一点(x1,y1,z1)的土体附加竖向应力σz为:式中:步骤2):基于最小势能原理计算盾构隧道纵向变形在分析盾构隧道与土体相互作用时,假定:将盾构隧道衬砌环视为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,地面堆载导致盾构隧道以环间剪切错台的方式进行变形;步骤2.1):运用能量变分法计算盾构隧道纵向位移量步骤2.1.1):盾构隧道的总势能任取盾构隧道一环进行分析,编号为m,其所受到的水平荷载Fx为:Fx=Px(y)-kDSx(y)-kt(△Wx(m+1)+△Wx(m))(3)式中:Px(y)=Dσx,Px(y)为附加水平荷载,σx为x方向附加应力;kDSx(y)为地基抗力,k为地基基床系数,采用Vesic公式计算,Sx(y)为地基弹簧的位移,根据位移协调条件则Sx(y)=Wx(y),这里Wx(y)为盾构隧道的水平位移,Es为地基土的弹性模量,EtIt为盾构隧道的等效抗弯刚度;kt为盾构隧道的环间剪切刚度;kt(△Wx(m+1)+△Wx(m))为水平环间剪切力;同理可得到盾构隧道的竖向荷载Fz为:Fz=Pz(y)-kDSz(y)-kt(△Wz(m+1)+△Wz(m))(4)根据盾构隧道每片衬砌环的受荷状况,分析计算得到盾构隧道的总势能,具体分为以下三部分:①地面堆载起临近盾构隧道轴线处附加荷载做功Wp;②盾构隧道衬砌环克服地层抗力做功Wk;③衬砌环克服盾构环间剪切力做功Ws;可得到地面堆载引起的临近地铁盾构隧道的总势能为:Ep=Wp+Wk+Ws(5)步骤2.1.2):假设盾构隧道衬砌环的位移函数能量变分解法原理是假定合适的位移函数来表示盾构隧道受地面堆载影响的基本变形形状;本文假设盾构隧道位移函数如下,并按傅里叶级数展开;盾构隧道的水平位移函数为:盾构隧道的竖向位移函数为:式中:δ为盾构隧道环宽,A={a...
【专利技术属性】
技术研发人员:魏纲,俞国骅,洪文强,朱田宇,姜婉青,张鑫海,黄絮,陆世杰,许奎鑫,王彬,
申请(专利权)人:浙江大学城市学院,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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