一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法，包括：根据工程资料确定计算参数；根据所述参数计算既有隧道纵向等效抗弯刚度与地基模量；根据所述参数建立盾构下穿力学模型，刀盘附加推力考虑了刀盘的挤土效应；盾壳摩擦力考虑了土体的软化作用与浆液蔓延作用，盾尾注浆压力考虑了分区作用，土体损失考虑了注浆填充的影响；根据所述盾构下穿力学模型，计算各施工因素引起的既有隧道附加应力；将所述施工因素引起的既有隧道附加应力施加至既有隧道上，得到既有隧道变形。本发明专利技术避免了传统Mindlin解只能将土体视为单向介质的问题、以及将刀盘推力、盾壳摩擦力、盾尾注浆压力假设为均匀分布力的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法
本专利技术属于地下工程
，尤其涉及一种考虑盾构施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形的计算方法。
技术介绍
近年来，随着城市规模不断扩大，地铁建设逐渐进入网络化阶段。盾构法因其对周围环境影响小、机械化程度高等特点在地铁建设中备受青睐，尤其是在含水率较高的软土地区修建深埋长距离地铁隧道往往具有技术与经济上的优势。盾构施工不可避免要下穿邻近既有地铁隧道，并引起邻近隧道附加变形与内力。而既有隧道对纵向变形较为敏感，纵向的不均匀变形将引起轨道不平顺，影响列车运行舒适性，严重时甚至导致轨道脱开、管片开裂、接缝过度张开等结构损伤，影响地铁运营安全。目前，盾构下穿引起既有隧道变形的分析与预测多采用两阶段的理论计算方法，首先计算分析盾构施工引起既有隧道处土体的自由变形或附加荷载，再将变形或荷载施加在既有隧道上，得到既有隧道结构响应。Mindlin解因其物理概念明确、可考虑施工因素，被广泛用于第一阶段盾构施工引起土体变形与附加应力的计算中。但是，Mindlin解假设土体为单相介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法，其特征在于，包括：/n根据工程资料确定计算参数，所述计算参数包括土体参数、既有隧道管片设计参数、既有隧道与盾构空间位置参数，并通过盾构机在下穿前的试推段信息获取盾构机施工参数；/n根据所述土体参数与既有隧道管片设计参数，计算既有隧道纵向等效抗弯刚度与地基模量；/n根据既有隧道与盾构空间位置参数，建立盾构下穿力学模型，其中刀盘附加推力考虑了刀盘的挤土效应，盾壳摩擦力考虑了土体的软化作用与浆液蔓延作用，盾尾注浆压力考虑了分区作用，土体损失考虑了注浆填充的影响；/n根据盾构机施工参数与所述盾构下穿力学模型，计算刀盘附加推力引起的既有隧道...

【技术特征摘要】
1.一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法，其特征在于，包括：
根据工程资料确定计算参数，所述计算参数包括土体参数、既有隧道管片设计参数、既有隧道与盾构空间位置参数，并通过盾构机在下穿前的试推段信息获取盾构机施工参数；
根据所述土体参数与既有隧道管片设计参数，计算既有隧道纵向等效抗弯刚度与地基模量；
根据既有隧道与盾构空间位置参数，建立盾构下穿力学模型，其中刀盘附加推力考虑了刀盘的挤土效应，盾壳摩擦力考虑了土体的软化作用与浆液蔓延作用，盾尾注浆压力考虑了分区作用，土体损失考虑了注浆填充的影响；
根据盾构机施工参数与所述盾构下穿力学模型，计算刀盘附加推力引起的既有隧道附加应力；
根据盾构机施工参数与所述盾构下穿力学模型，计算盾壳摩擦力引起的既有隧道附加应力；
根据盾构机施工参数与所述盾构下穿力学模型，计算盾尾注浆压力引起的既有隧道附加应力；
根据盾构机施工参数与所述盾构下穿力学模型，计算土体损失引起的既有隧道附加应力；
基于既有隧道纵向等效抗弯刚度与地基模量，将所述施工因素引起的既有隧道附加应力施加至既有隧道上，得到既有隧道变形。


2.根据权利要求1所述的一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法，其特征在于，根据所述土体参数与既有隧道管片设计参数，计算既有隧道纵向等效抗弯刚度与地基模量，具体包括：
根据公式确定既有隧道纵向等效抗弯刚度；其中Ec为管片弹性模量；As为既有隧道横截面面积；n为纵向螺栓个数；l为两环管片轴线间的距离，即一环管片的长度；λ1，λ2为与隧道横截面有关的影响系数；为接头螺栓的平均线刚度，Eb为螺栓的弹性模量，Ab为螺栓横截面积，lb为螺栓长度；
根据公式确定所述地基模量；其中B为既有隧道直径；Es为土体的弹性模量。


3.根据权利要求1所述的一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法，其特征在于，根据既有隧道与盾构空间位置参数，建立盾构下穿力学模型，具体包括：
以盾构与既有隧道交叉点在地表上的投影点为坐标原点建立坐标系，盾构机垂直于xoz平面，沿着y轴负向掘进；L和Rs分别为盾构机的长度与刀盘半径，盾构机埋深为z0；既有隧道位于xoz平面内且平行于x轴，埋深为z；刀盘附加推力q作用于开挖面，并考虑刀盘的挤土效应；盾壳摩擦力f沿盾壳分布，考虑土体的软化作用，并考虑浆液蔓延导致靠近盾尾部分摩擦力的折减作用，浆液蔓延范围为l；盾尾注浆压力p沿盾尾环向不均匀分布，并分区处理，注浆压力作用范围为盾尾后一环管片的宽度m；土体损失Vloss集中于盾尾处，并考虑注浆填充的影响。


4.根据权利要求1所述的一种考虑施工因素的饱和软土盾构下穿引起既有隧道变形计算方法，其特征在于，根据盾构机施工参数与所述盾构下穿力学模型，计算刀盘附加推力引起的既有隧道附加应力，具体包括：
所述刀盘附加推力其中μ为泊松比；v为盾构掘进速度；Δp’为刀盘切入土体产生的挤压力；Eu为土体不排水弹性模量；w为刀盘转速；k为刀盘闭口部分幅数；D为刀盘直径；ξ为刀盘开口率；
建立积分坐标系x’y’z’，刀盘任意微元dA上作用集中力dF＝qrdrdθ，对饱和土体中既有隧道某一点(x,...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁智，张默爆，冯丛烈，董毓庆，张霄，何绍衡，虞健刚，黄君彦，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33