一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法技术

本发明专利技术涉及隧道工程技术领域，公开了一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，包括将既有盾构隧道简化为搁置于非线性Pasternak地基上的接头非连续盾构隧道模型，构建隧道管片环段纵向位移差分方程和环间接头区段纵向位移差分方程，隧道环间接头处弯矩差分方程和非接头处弯矩差分方程；盾构隧道纵向环间张开量Δ计算公式，采用牛顿迭代法进行求解分别得到盾构隧道的纵向位移、弯矩和环间接头张开角，本发明专利技术的预测方法综合考虑了隧道接头弱化作用，能够充分反映盾构隧道的结构特点，更合理的反映实际工程中盾构隧道结构的变形，进而高精度的地预测新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形，具有切实意义上的实用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，具体涉及一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法。

技术介绍

[0002]随着城市化建设步伐的加快，城市轨道交通工程也得到快速发展，然而有限的城市地下空间和日益增多的地铁线路使得新建地铁隧道交叉上穿既有盾构隧道的工程情况越来越多。新建隧道开挖施工中拼装的隧道管片重量远小于挖除土体的重量，两者存在较大的重量差，这会引起下卧土层应力释放，产生卸荷效应，引发下方既有盾构隧道发生隆起变形，从而导致既有盾构隧道结构产生诸如管片破损渗水、接头张开、纵向不均匀沉降等一系列病害，严重者将导致机车脱轨等严重安全事故。因此，探究和摸清新建隧道上穿引起既有盾构隧道的变形规律，对进一步评估并减少新建隧道施工对既有盾构隧道的不利影响具有重要的现实意义。
[0003]针对既有盾构隧道在新建隧道上穿引起的纵向响应，国内外学者通过现场实测、室内模型试验、数值模拟、理论解析法等方法进行了富有成效的研究，并取得了一定的研究成果。尽管前人不断完善地基模型以充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，包括：基于弹性力学Mindlin解推导建立隧道开挖引起既有盾构隧道轴线处土体纵向自由位移u(y)；建立非连续盾构隧道计算模型：将盾构隧道沿长度方向划分为标准环单元和接头单元，其中标准环单元为将管片环简化后的Euler
‑
Bernoulli短梁，其长度与管片环长度一致，接头单元为模拟环间接头的无长度转动弹簧；将既有盾构隧道简化为搁置于非线性Pasternak地基上的接头非连续盾构隧道模型，并参考所述纵向自由位移u(y)分别构建：隧道管片环段纵向位移差分方程和环间接头区段纵向位移差分方程；隧道环间接头处弯矩差分方程和非接头处弯矩差分方程；盾构隧道纵向环间张开量Δ计算公式；采用有限差分法和牛顿迭代法进行求解分别得到盾构隧道的纵向位移、弯矩和纵向环间张开量Δ。2.根据权利要求1所述的一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，所述基于弹性力学Mindlin解推导新建隧道开挖引起既有盾构隧道轴线处土体纵向自由位移u(y)，具体包括：以新建隧道与既有盾构隧道交点为原点，既有盾构隧道延长方向为y轴建立空间全局坐标系o
‑
xyz，并基于空间全局坐标系o
‑
xyz得到局部坐标系o
′‑
x
′
y
′
z
′
，其中全局坐标系o
‑
xyz与局部坐标系o
′‑
x
′
y
′
z
′
间的转换关系为：基于Mindlin位移解，构建新建隧道开挖引起既有盾构隧道轴线处土体纵向自由位移公式：其中L1、L2分别为局部坐标系o
′‑
x
′
y
′
z
′
中新建隧道尾首沿x
′
轴方向距离原点的距离，v为各土层加权平均泊松比；G
s
为土体的剪切刚度，计算公式为：G
s
＝(1
‑
2v)E
s
/2(1+v)，式中E
s
为土体的弹性模量；H为新建隧道底部距离地面的垂直距离；p为新建隧道开挖沿横向每延米卸荷荷载，计算公式为：式中γ
s
、γ
t
、γ
n
分别为新建隧道开挖土体、管片和触变泥浆的重度；R、R
o
、R
i
分别为新建隧道开挖半径、管环外半径和内半径；R1、R2的计算公式为：R1＝((xcosα+ysinα
‑
ε)2+(ycosα
‑
xsinα
‑
η)2+(z
‑
H)2)
1/2
；
R2＝((xcosα+ysinα
‑
ε)2+(ycosα
‑
xsinα
‑
η)2+(z+H)2)
1/2
。3.根据权利要求1所述的一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，在建立非连续盾构隧道计算模型后，将n2个长度为l的既有隧道管片环分别离散为n1个单元得到n个节点，其中n＝n1×
n2；在盾构隧道两端各增加两个虚拟位移节点，定位m＝n2‑
1个节点位于环间接头处。4.根据权利要求3所述的一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，在构建隧道管片环段纵向位移差分方程前，预先基于Pasternak地基模型并结合地基的非线性变形，建立地基反力模型公式为：其中q(x)为地基反力；w(x)为地基变形；G
c
为剪切层的剪切刚度，G
c
＝E
s
h
t
/6(1+v)，其中E
s
为土体的压缩模量，h
t
为剪切层厚度；k
u
为割线斜率且k
u
＝q
u
/δ
u
，式中δ
u
为土体获得极限接触压力所需要的位移值，q
u
＝S
u
N
v
，其中S
u
为土体不排水抗剪强度，N
v
为纵向隆起系数且计算公式为：适用于式中：H
t
为隧道埋置深度，D为隧道直径。5.根据权利要求4所述的一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，所述隧道管片环段纵向位移差分方程构建方法包括：对盾构结构体任一接头区段处微元体进行受力分析，并结合地基反力模型公式得到微元体上部应力q(y)和地基反力P(...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐腾胜，梁荣柱，郭杨，高坤，张志伟，陈小川，谷钰，崔伟，陶俊，向黎明，
申请(专利权)人：安徽省建筑工程质量第二监督检测站，
类型：发明
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