[发明专利]一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法

说明书

本发明属于盾构施工技术领域，并具体公开了一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法。所述方法包括采用Pasternak双参数地基模型来模拟隧道结构与地基相互作用，第一阶段推导施工荷载与土体损失的附加应力公式，综合考虑刀盘附加推力、盾壳摩擦力、同步注浆压力及土体损失引起的既有隧道轴线处的附加应力；第二阶段建立梁的变形刚度方程，求出既有隧道的变形及弯矩，分析不同影响因素对既有隧道沉降的影响，并分析地基弹性模量、净距与地层损失率对既有隧道影响的规律。本发明能快速准确的评估盾构近接施工条件下既有隧道影响。

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，更具体地，涉及一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法。

背景技术

隧道近接施工将会使土体原有应力释放，引起既有隧道附加应力，对既有隧道的结构安全产生一定的影响，很多文献已经对邻近开挖对既有隧道结构的影响效应进行分析，包括现场试验、离心模型试验、数值分析及半解析方法。相较于需要耗费大量人力物力的现场试验、离心试验及复杂的有限元建模，解析方法是一种简便且成本较低的评价初期设计阶段既有隧道受近接盾构施工响应的有效方法。目前，研究近接施工对邻近结构的影响多采用二阶段分析方法，土体及结构的力学模型与模型参数对计算结果会产生显著的影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法，能考虑主要盾构施工荷载下穿过程中对既有隧道变形的影响。同时，本发明对下卧层弹性模量、隧道间距、土体损失率等重要影响因素引起的既有隧道结构变形及内力的影响规律进行分析。本发明方法能精确的评估盾构近接施工条件下既有隧道响。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1采用Mindlin公式推导盾构施工引起的附加应力公式，并通过二重Gauss-legendre数值积分求出作用点处的附加应力；

S2采用镜像法计算土体损失引起的附加应力，并通过三重Gauss-legendre数值积分求出作用点处附加应力；

S3将既有隧道视为Parsternak双参数地基上的Euler-Bernoulli梁，将步骤S1以及步骤S2获取的附加应力施加在既有隧道轴线作用点处，采用Pasternak双参数地基梁理论建立变形控制微分方程，采用有限差分格式求附加应力作用下既有隧道的变形及弯矩。

作为进一步优选的，步骤S1包括以下步骤：

S11刀盘附加压力q均匀作用在开挖面上，计算刀盘附加推力q作用下的附加应力；

S12盾壳摩擦力f均匀作用于盾壳上，方向沿盾构机掘进相反，计算盾壳摩擦力f作用下的附加应力；

S13同步注浆压力p沿盾尾两环管片径向全断面均匀分布，计算盾尾同步注浆压力p作用下的附加应力。

作为进一步优选的，步骤S11中，刀盘附加推力q作用下的附加应力σ_z-q为：

其中，R_s为刀盘的半径；

步骤S12中，盾壳摩擦力f作用下的附加应力σ_z-f为：

其中，L为盾构机的长度；

步骤S13中，盾尾同步注浆压力p作用下的附加应包括水平分力的附加应力和竖向分力的附加应力，所述水平分力的附加应力为：

所述竖向分力的附加应力为：

其中，m为同步注浆压力作用面宽度。