[发明专利]用于盾构式土压平衡顶管施工的有限元精细化模拟方法

权利要求书

1.一种用于盾构式土压平衡顶管施工的有限元精细化模拟方法，采用有限元方法模拟顶管施工的过程，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，确定管片收缩率的参数，所述管片收缩率综合反映顶管施工过程中因掘进机尾部空隙，注浆减摩以及土体扰动作用引起的地层损失，其中管片收缩率确定时需要考虑掘进机的约束作用和顶管穿越后的持续扰动作用，管片收缩率的参数包括掘进机约束长度、无约束时管片收缩率数值、持续扰动后管片收缩率数值、持续扰动段长度，掘进机约束长度从掘进机尾部到距离掘进机尾部1倍掘进机长度；无约束时管片收缩率取值为掘进机与后续管片之间空隙率；持续扰动后管片收缩率数值为1.5~1.7倍掘进机与后续管片之间空隙率；持续扰动段长度为穿越区间长度；

步骤二，确定顶管施工的荷载及施工参数，其中顶管施工的荷载和施工参数包括千斤顶推力和掘进步长；

步骤三，确定顶管施工模拟时各部分采用的本构模型及单元，其中，进行顶管施工模拟时，包括土体、顶管掘进机、管片以及邻近结构物4个部分；

步骤四，确定施工步的设置，土体开挖、掘进机前进以及管片拼装均通过单元的激活和冻结功能实现，地层损失通过设置管片收缩率的功能实现；

步骤五，采用有限元软件建立三维有限元模型，进行有限元计算。

2.根据权利要求1所述的一种用于盾构式土压平衡顶管施工的有限元精细化模拟方法，其特征是：掘进机约束长度、无约束时管片收缩率数值、持续扰动后管片收缩率数值、持续扰动段长度取值根据实测数据反分析得到。

3.根据权利要求1所述的一种用于盾构式土压平衡顶管施工的有限元精细化模拟方法，其特征是：步骤二中，千斤顶推力分为开挖面支撑力和顶管与周围土体之间的摩阻力，摩阻力因注浆减摩措施对周围土体影响较小，不予模拟，开挖面支撑力根据工程实测土仓压力确定；掘进步长取单节顶管的宽度。

4.根据权利要求1所述的一种用于盾构式土压平衡顶管施工的有限元精细化模拟方法，其特征是：步骤三中，进行顶管施工模拟时，各部分采用的本构模型及单元如下：

土体：采用小应变硬化土体模型及实体单元；

顶管掘进机和管片：采用各向同性线弹性模型及板单元；

邻近结构物：地下管线采用各向同性线弹性模型及嵌入梁单元；

顶管与土体之间相互作用：采用界面单元。

5.根据权利要求4所述的一种用于盾构式土压平衡顶管施工的有限元精细化模拟方法，其特征是：土体的小应变硬化土体模型计算参数取值如下：

刚度参数：通过室内试验获得其替代参数压缩指数和回弹指数；

强度参数：通过地质勘探报告和其它文献的试验结果确定；

其他参数参考有限元软件说明书。