一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法技术

本发明专利技术公开一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法，在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同地裂缝上下盘错距和隧道衬砌强度条件下，得到衬砌最大竖向变形与衬砌厚度的关系、衬砌最大拉应力与衬砌厚度关系、衬砌最大压应力与衬砌厚度关系；在相同地裂缝上下盘错距和隧道衬砌厚度下，得到衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级的关系、衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系、衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系；在相同地裂缝上下盘错距和隧道衬砌厚度下，得到衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级的关系、衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系、衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系；通过上述曲线与标准能够较为准确的判断不同工况下盾构隧道是否满足强度及变形要求。

【技术实现步骤摘要】
一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法
本专利技术属于抗震设防
，涉及一种判断在地裂缝环境下隧道衬砌结构是否适用的方法，具体是一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法。
技术介绍
改革开放以来，随着国民经济的日益增长，基础设施建设也在如火如荼的进行，现如今，地铁几乎覆盖了国内外的各大中城市。当地裂缝十分发育时，在修建城市地铁需要考虑地铁隧道衬砌结构的稳定问题。现有技术不能够细致的解决在地裂缝密集发育地区修建盾构隧道的稳定问题，找到一种可以判断在地裂缝环境下隧道衬砌结构是否稳定的方法十分重要。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法，本专利技术能够较为精确的判断不同工况下盾构隧道是否满足强度及变形要求，解决了现有技术中存在的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法，包括如下步骤：(1)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的隧道衬砌厚度和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的地裂缝上下盘错距建立不同工况下的有限元模型，整合得到曲线A、曲线B和曲线C；曲线A为衬砌最大竖向变形与错距的关系曲线，曲线B为衬砌底面最大拉应力与错距关系曲线，曲线C为衬砌顶面最大压应力与错距关系曲线；在有限元模型建立的过程中，不同工况下地裂缝上下盘错距的选取可根据该地区地裂缝发育程度和隧道穿过地裂缝程度综合考量；(2)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的隧道衬砌厚度建立不同工况下的有限元模型，整合得到曲线D、曲线E和曲线F；曲线D为衬砌最大竖向变形与衬砌厚度的关系曲线，曲线E为衬砌最大拉应力与衬砌厚度关系曲线，曲线F为衬砌最大压应力与衬砌厚度关系曲线；在有限元模型建立的过程中不同工况下隧道衬砌厚度的选取可根据该地区地质环境进行考量；(3)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌厚度下，由不同的隧道衬砌强度建立在不同工况下的有限元模型，整合得到曲线G、曲线H和曲线I；曲线G为衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级的关系曲线，曲线H为衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系曲线，曲线I为衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系曲线；在有限元模型建立的过程中不同工况下隧道衬砌强度的选取可根据该工程的工程等级进行考量；(4)在预定的工况下，已知该工况的地裂缝上下盘错距、隧道衬砌强度和隧道衬砌厚度，则通过曲线A、曲线B、曲线C、曲线D、曲线E、曲线F、曲线G、曲线H和曲线I这九条曲线即可判断出在该工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力；(5)由步骤(4)得出的预定工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力与各自的预设值进行比较，若隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力均满足要求，则该工况下盾构隧道可以投入建设，反之则不行。步骤(5)中，得出的预定工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力与《地铁设计规范》GB50157进行比较，若对应的变形和强度均满足规范要求则该工况下盾构隧道可以投入建设，反之则不行。所述步骤(1)中，不同的地裂缝上下盘错距的不同工况包括：地裂缝相对错距为5cm的工况、地裂缝相对错距为10cm的工况、地裂缝相对错距为15cm的工况、地裂缝相对错距为20cm的工况、地裂缝相对错距为30cm的工况、地裂缝相对错距为40cm的工况和地裂缝相对错距为50cm的工况。所述步骤(2)中，不同的隧道衬砌厚的不同工况包括：无内衬工况、内衬厚度为200mm的工况、内衬厚度为300的工况和内衬厚度为400mm的工况。所述步骤(3)中，不同的隧道衬砌强度的不同工况包括：内衬强度为C30的工况、内衬强度为C40的工况和内衬强度为C50的工况。所述衬砌为单层衬砌。所述衬砌为双层衬砌和/或多层衬砌中的某一层衬砌。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法首先在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的隧道衬砌厚度和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的地裂缝上下盘错距建立不同工况下的有限元模型，整合得到衬砌最大竖向变形与错距的关系曲线、衬砌底面最大拉应力与错距关系曲线和衬砌顶面最大压应力与错距关系曲线；再在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的隧道衬砌厚度建立不同工况下的有限元模型，整合得到衬砌最大竖向变形与衬砌厚度的关系曲线、衬砌最大拉应力与衬砌厚度关系曲线和衬砌最大压应力与衬砌厚度关系曲线；再在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌厚度下，由不同的隧道衬砌强度建立在不同工况下的有限元模型，整合得到衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级的关系曲线、衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系曲线和衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系曲线；在预定的工况下，已知该工况的地裂缝上下盘错距、隧道衬砌强度和隧道衬砌厚度，则通过上述这九条曲线即可判断出在该工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力；再将预定工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力与各自的预设值进行比较，若隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力均满足要求，则该工况下盾构隧道可以投入建设，反之则不行。本专利技术通过上述各种曲线能够较为精确的判断不同工况下盾构隧道是否满足强度及变形要求，解决了现有技术中存在的问题。附图说明图1为本专利技术实施例中衬砌最大竖向变形与错距的关系曲线；图2为本专利技术实施例中衬砌底面最大拉应力与错距关系曲线；图3为本专利技术实施例中衬砌顶面最大压应力与错距关系曲线；图4为本专利技术实施例中衬砌最大竖向变形与衬砌厚度关系曲线；图5为本专利技术实施例中衬砌最大拉应力与衬砌厚度关系曲线；图6为本专利技术实施例中衬砌最大压应力与衬砌厚度关系曲线；图7为本专利技术实施例中衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级关系曲线；图8为本专利技术实施例中衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系曲线；图9为本专利技术实施例中衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系曲线；图10为本专利技术实施例中衬砌底面坡度变化曲线；图11为本专利技术地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法的流程图。具体实施方式下面结合实施例和附图来对本专利技术作进一步的说明。实施例参照图11，以某地地铁二号线工程(南北线)为例，该地铁从北到南将穿过10条地裂缝，本实施例为判断双层衬砌中内衬在强度和变形上是否满足规范要求，在MSC.MARC(2001)软件上完成对各种工况下有限元模型的建立和计算，具体过程如下：第一步，外部衬砌为300mm厚C50钢筋混凝土管片，内衬保持厚度为300mm且混凝土强度为C30，在有限元软件中分别模拟在地裂缝相对错距分别为5cm、10cm、15cm、20cm、30cm、40cm和50cm的7种不同工况下双层衬砌结构的应力和变形，以分析地裂缝相对错距的影响大小和规律，得到曲线A、曲线B和曲线C；曲线A为衬砌最大竖向变形与错距的关系曲线(见图1)，曲线B为衬砌底面最大拉应力与错距关系曲线(见图2)，曲线C为衬砌顶面最大压应力与错距关系曲线(见图3)；第二步，外部衬砌为300本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的隧道衬砌厚度和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的地裂缝上下盘错距建立不同工况下的有限元模型，得到曲线A、曲线B和曲线C；其中：曲线A为衬砌最大竖向变形与错距的关系曲线，曲线B为衬砌底面最大拉应力与错距关系曲线，曲线C为衬砌顶面最大压应力与错距关系曲线；(2)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的隧道衬砌厚度建立不同工况下的有限元模型，得到曲线D、曲线E和曲线F；其中：曲线D为衬砌最大竖向变形与衬砌厚度的关系曲线，曲线E为衬砌最大拉应力与衬砌厚度关系曲线，曲线F为衬砌最大压应力与衬砌厚度关系曲线；(3)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌厚度下，由不同的隧道衬砌强度建立在不同工况下的有限元模型，得到曲线G、曲线H和曲线I；其中：曲线G为衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级的关系曲线，曲线H为衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系曲线，曲线I为衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系曲线；(4)在预定的工况下，已知该工况的地裂缝上下盘错距、隧道衬砌强度和隧道衬砌厚度，则通过曲线A、曲线B、曲线C、曲线D、曲线E、曲线F、曲线G、曲线H和曲线I判断出在该工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力；(5)由步骤(4)得出的预设工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力与各自的预设值进行比较，若隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力均满足要求，则该工况下盾构隧道可以投入建设，反之则不行。...

【技术特征摘要】
1.一种地裂缝环境下盾构隧道适用性判断的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的隧道衬砌厚度和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的地裂缝上下盘错距建立不同工况下的有限元模型，得到曲线A、曲线B和曲线C；其中：曲线A为衬砌最大竖向变形与错距的关系曲线，曲线B为衬砌底面最大拉应力与错距关系曲线，曲线C为衬砌顶面最大压应力与错距关系曲线；(2)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌强度条件下，由不同的隧道衬砌厚度建立不同工况下的有限元模型，得到曲线D、曲线E和曲线F；其中：曲线D为衬砌最大竖向变形与衬砌厚度的关系曲线，曲线E为衬砌最大拉应力与衬砌厚度关系曲线，曲线F为衬砌最大压应力与衬砌厚度关系曲线；(3)在地裂缝环境下的盾构隧道中，在相同的地裂缝上下盘错距和相同的隧道衬砌厚度下，由不同的隧道衬砌强度建立在不同工况下的有限元模型，得到曲线G、曲线H和曲线I；其中：曲线G为衬砌最大竖向变形与衬砌强度等级的关系曲线，曲线H为衬砌最大拉应力与衬砌强度等级关系曲线，曲线I为衬砌最大压应力与衬砌强度等级关系曲线；(4)在预定的工况下，已知该工况的地裂缝上下盘错距、隧道衬砌强度和隧道衬砌厚度，则通过曲线A、曲线B、曲线C、曲线D、曲线E、曲线F、曲线G、曲线H和曲线I判断出在该工况下隧道的最大竖向变形、隧道底面的最大拉应力及隧道顶面的最大压应力；(5)由步骤(4)得出的预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓亚虹，宣友，徐召，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61