基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，首先明确基坑与下卧盾构隧道之间的相对位置关系及相关参数，合理建立坐标系统，由此构建计算分析模型；而后考虑盾构隧道发生纵向变形时既受弯又抗剪以及基坑土体开挖后地基参数沿隧道纵向的变化(开挖扰动效应)，将盾构隧道等效为Vlasov地基模型中的Timoshenko梁，作用于隧道处的基坑开挖卸荷作用采用Mindlin解计算，由此建立相应的力学模型，得到隧道在基坑开挖卸荷作用下的挠曲线微分方程；最后采用有限差分法计算基坑开挖引起的下卧既有盾构隧道隆起变形。

【技术实现步骤摘要】
基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法
本专利技术涉及地下工程
，特别是一种基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法。
技术介绍
随着城市交通基础设施的发展，在密集的城市地下交通网邻近区域进行新建工程活动不可避免。基坑开挖会引起邻近既有隧道产生位移，盾构隧道变形过大将导致管片开裂、螺栓屈服、接缝张开及渗漏水等病害，严重时还会引起轨道结构不平顺，威胁列车运营安全性。因此，开展邻近基坑开挖对既有盾构隧道影响的研究是非常有必要的。当前也有很多学者针对该问题采用现场实测，模型试验，数值计算及理论解析方法等方法开展了相关研究。这些方法中，现场实测和模型试验往往存在周期长且耗资较大的缺点；数值计算虽然能够较为合理的模拟复杂的实际施工过程以及隧道-围岩相互作用，但需要借助于大型商业计算软件，特别是在处理复杂大型模型时，对计算机的性能要求高，计算十分耗时。相对而言，理论解析法具有简便快捷等特点，更适合应用于初步设计和指导工程施工。既有研究成果中，较为典型的做法是将盾构隧道简化为Winkler地基(Pasternak地基)中的Euler-Bernoulli梁(Timoshenko梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，其特征在于，该方法主要实现过程为：根据基坑与下卧盾构隧道之间的相对位置关系，明确相关参数，建立计算分析模型，将盾构隧道和地基分别等效为Timoshenko梁和Vlasov地基模型，基坑开挖卸荷作用采用Mindlin解计算，由此建立相应的力学模型，得到隧道在基坑开挖卸荷作用下的挠曲线微分方程，最后采用有限差分法计算基坑开挖引起的下卧既有盾构隧道隆起变形。

【技术特征摘要】
1.一种基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，其特征在于，该方法主要实现过程为：根据基坑与下卧盾构隧道之间的相对位置关系，明确相关参数，建立计算分析模型，将盾构隧道和地基分别等效为Timoshenko梁和Vlasov地基模型，基坑开挖卸荷作用采用Mindlin解计算，由此建立相应的力学模型，得到隧道在基坑开挖卸荷作用下的挠曲线微分方程，最后采用有限差分法计算基坑开挖引起的下卧既有盾构隧道隆起变形。2.根据权利要求1所述的基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，其特征在于，所述计算分析模型构建过程包括：以基坑中心为原点，基坑长度方向为ξ轴，宽度方向为η轴建立ξ-η坐标系；以盾构隧道纵向为x轴，横向为y轴建立x-y坐标系，其原点与基坑中心距离为d；x轴与ξ轴之间的夹角为α；两坐标系原点之间的连线与ξ轴之间的夹角为β。3.根据权利要求1所述的基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，其特征在于，所述挠曲线微分方程表达式为：其中，w(x)为盾构隧道的挠度曲线；D为盾构隧道直径；k为地基反力系数，t为土层剪切参数；q(x)为采用Mindlin解计算出的作用在盾构隧道处的基坑开挖卸荷作用；(EI)eq和(κGA)eq分别为盾构隧道的等效弯曲刚度和剪切刚度。4.根据权利要求3所述的基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，其特征在于，k和t采用如下公式计算：E和v分别为土的弹性模量和泊松比，He为地基弹性层厚度，取为盾构隧道直径的2.5倍，h＝h(z)为描述z方向位移变化的函数。5.根据权利要求3所述的基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法，其特征在于，盾构隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建文，施成华，雷明锋，曹成勇，杨伟超，黄娟，林越翔，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43