[发明专利]一种确定盾构隧道纵向弯曲刚度的分析方法

说明书

一种确定盾构隧道纵向弯曲刚度的分析方法，适用于分析不同设计条件下隧道结构的纵向弯曲刚度。在盾构隧道建设、特别是城市轨道建设领域具有广泛应用前景。本发明规避了目前计算分析中难以综合考虑盾构隧道拼装方式、横向刚度、螺栓作用等诸多因素的影响问题，获得了实际盾构纵向刚度的规律，为盾构隧道的理论解析方法或数值模拟方法中，盾构隧道刚度的取值问题提供了简便可靠的确定思路。该分析方法以实际隧道为分析对象，基于下穿既有区间隧道的结构变形监测数据进行分析，比较客观的反映了隧道的实际情况。而且实际投入较少，方便快捷。该分析方法适用于分析不受地层条件、隧道直径、管片尺寸以及连接方式的影响，适应性强。

技术领域

本发明涉及一种确定盾构隧道纵向弯曲刚度的分析方法，适用于分析不同设计条件下隧道结构的纵向弯曲刚度。在盾构隧道建设、特别是城市轨道建设领域具有广泛应用前景。

背景技术

盾构隧道纵向刚度的合理确定对隧道结构的安全性有着重要影响，是盾构隧道结构设计中的重要内容。十多年前国内外的盾构隧道结构设计中就提出了纵向设计的问题，但对如何进行纵向设计相关规范并未给出明确的规定，对盾构隧道的纵向设计还停留在指导思路的层次上，没有形成一套完整具体的纵向设计方法。如何分析盾构隧道在地面沉降作用下的变形规律及其分析评价方法，则更是缺乏系统研究。

目前盾构隧道纵向结构的理论研究主要分为：理论解析法、数值分析法、模型试验与实测分析法三个方面。

在理论解析法方面，主要是以小泉淳为代表的纵向粱—弹簧模型和是以志波由纪夫为代表的纵向等效连续化模型两种纵向结构理论。粱—弹簧模型中弹簧的轴向、剪切和转动效应系数灵活，但取值都需要通过试验确定，且没有考虑隧道横向拼装方式对隧道刚度的影响，应用受到了一定的限制。纵向等效连续化模型方法把隧道简化为一均质体，通过纵向上的刚度折减，体现纵向螺栓在管片中的作用。这种方法概念明确，应用方便，成为了隧道结构纵向理论性研究中的常用方法。但该方法忽略了错缝拼装对隧道刚度的影响。

基于纵向等效连续化模型的后续研究发现环缝影响范围不一定是整个管片，而且在分析隧道纵向刚度时还应该考虑隧道拼装方式、横向刚度、盾构螺栓作用等因素的影响，对纵向等效连续化模型进行了修正。广义纵向等效连续化模型认为不同隧道的环缝影响范围不同，可用环缝影响系数来表示，志波由纪夫的纵向等效连续化模型是广义纵向等效连续化模型的特例。实际上，盾构隧道的管片系统是非常复杂的，影响盾构隧道纵向刚度的因素也很多，现有的各种分析方法很难详细考虑。因此，隧道的纵向刚度的问题并没有得到完善的解答，这也使得使该方法在实际应用得到了一定的限制。

数值模拟分析方法功能强大，理论上能够考虑结构、介质的各种影响因素和参数，是研究盾构隧道纵向沉降的主要方法之一。一般假定隧道在纵向上为均质而不考虑管片拼装接头的影响。这就使得计算中隧道结构的纵向刚度取值缺乏依据，计算结果与实际往往并不相符。

研究盾构隧道的纵向刚度最可靠方法应是原型试验。但原型试验中要找到能够开展测试的隧道是一个难题，除此以外，试验加载的条件也受到隧道环境的限制，试验规模大，试验投入高昂，实际上很难开展，目前仅发现日本西野健三、吉田和夫等通过盾构隧道现场载荷测试盾构隧道的纵向刚度这一例报道。实际上，目前大多采用室内模型试验进行研究，模型试验方法以相似理论为基础，试验相似比灵活多变，是比较高效的研究手段，但由于相似模型试验受各种因素的限制，无法做到所有物理量完全相似，只能根据试验目的满足主要物理量相似，这无疑会在一定程度上影响相似模型试验结果的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构隧道纵向弯曲刚度的确定方法，以解决在计算盾构隧道纵向变形时隧道纵向刚度难以确定的问题。为实现上述目的，本发明提供的盾构隧道纵向弯曲刚度的确定方法包括如下步骤：