[发明专利]水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法

权利要求书

1.水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)获取拟建水下盾构隧道和水文地质的相关参数和信息；

(2)开展场地不同类型土体的室内三轴压缩试验和固结试验，获取场地不同类型土体的相关参数；

(3)计算水下盾构隧道最小覆土厚度的上限

(4)计算水下盾构隧道最小覆土厚度的下限

(5)基于三维有限差分法开展水下盾构隧道最小覆土厚度的下限至水下盾构隧道最小覆土厚度的上限范围内不同覆土厚度时的水下盾构隧道施工的流固耦合分析；

(5.1)确定流固耦合分析中所考虑的水下盾构隧道覆土厚度的增量；

(5.2)划分三维有限差分法网格模型中的网格，并施加三维有限差分法网格模型的边界条件及初始条件；

(5.3)关闭渗流计算模式，打开力学计算模式，迭代至初应力平衡；

(5.4)在一个水下盾构隧道的开挖进尺内，移除土体单元，安装壳结构单元，在掌子面上施加法向压应力；

(5.5)关闭渗流计算模式，迭代至平衡，并保存计算结果；

(5.6)打开渗流计算模式进行迭代计算，计算持续的时长为每一开挖步所对应的时长，并保存计算结果；

(5.7)移至下一个水下盾构隧道的开挖进尺，重复步骤(5.4)至步骤(5.6)，直至所有的水下盾构隧道的开挖进尺执行完毕；

(6)分析基于三维有限差分法获得的不同覆土厚度时的水下盾构隧道施工过程中的管片变形规律。

2.根据权利要求1所述的水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，步骤(1)中所述水下盾构隧道和水文地质的相关参数和信息包括拟建水下盾构隧道上覆水体在隧道轴线位置处的平均深度H_w、拟建水下盾构隧道的半径R_t、拟建水下盾构隧道管片厚度t_t、拟建水下盾构隧道盾尾浆液的容重γ_g、土体饱和重度γ_s、地下水重度γ_w、拟建水下盾构隧道管片重度γ_c、拟建水下盾构隧道管片宽度、拟建水下盾构隧道管片弹性模量、拟建水下盾构隧道管片泊松比、水下盾构机行驶速度、地层渗透系数、土层种类及厚度。

3.根据权利要求1所述的水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，步骤(2)中所述场地不同类型土体的相关参数为：干密度ρ_d、黏聚力c、最终内摩擦角φ、最终剪胀角ψ、超固结比OCR、弹性模量指数m、正常固结系数K_nc、参考压力p^ref、卸载-再加载刚度50％最终偏应力时的割线刚度切线刚度密度ρ、杨氏模量E、泊松比ν和饱和度S_r。

4.根据权利要求1所述的水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，步骤(3)中所述水下盾构隧道最小覆土厚度的上限基于日本最小涌水量法进行计算，计算式为：

其中，R_t是拟建水下盾构隧道的半径；

H_w是拟建水下盾构隧道上覆水体在隧道轴线位置处的平均深度。

5.根据权利要求1所述的水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，步骤(4)中水下盾构隧道最小覆土厚度的下限基于力学平衡法进行计算，计算式为：

其中，π是圆周率；

γ_g是拟建水下盾构隧道盾尾浆液的容重；

γ_s是土体饱和重度；

γ_w是地下水重度；

R_t是拟建水下盾构隧道的半径；

t_t是拟建水下盾构隧道管片厚度；

γ_c是拟建水下盾构隧道管片重度。

6.根据权利要求1所述的水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，步骤(5.1)中所述水下盾构隧道覆土厚度的增量设为0.5～1.0m。