[发明专利]一种土-岩复合地层类马蹄形盾构隧道设计方法

权利要求书

1.一种土-岩复合地层类马蹄形盾构隧道设计方法，其特征在于，所述方法针对应用于软土-硬岩复合地层，所设计出的盾构隧道横断面呈“上抛物线、下椭圆弧”的类马蹄形构造，以获得所述盾构隧道理论弯矩值为零；

所述土-岩复合地层类马蹄形盾构隧道设计方法包括以下步骤：

（1）根据盾构隧道的使用要求，确定所述盾构隧道横断面轴线的竖向直径；

根据所述盾构隧道所处软土、硬岩层厚度以及地下水位情况计算所述软土-硬岩复合地层荷载作用模式；

（2）根据所述盾构隧道确定的所述荷载作用模式计算所述盾构隧道的横断面参数，以进行横断面施工优化设计；

（3）根据所述盾构隧道的横断面参数，进行所述盾构隧道管片设计和横断面空间设计规划；

当所述盾构隧道位于不考虑水压力的软土-硬岩复合地层时，所述土-岩复合地层荷载作用模式的土压力计算公式为：

；

当所述盾构隧道位于水-软土-硬岩复合地层且符合水土分算时，所述土-岩复合地层荷载作用模式的土压力计算公式为：

；

所述盾构隧道的横断面参数包括所述盾构隧道横断面轴线表达式、横断面轴线的土-岩层交界线处水平直径R_b与中心水平直径R_c；

所述盾构隧道的横断面轴线在X-Y坐标系中X轴的正方向与负方向时的表达式为：

，；

，；

所述盾构隧道横断面轴线的土层交界线处水平直径R_b与中心水平直径R_c计算公式为：

；

；

式中，X-Y坐标系中的坐标原点位于所述盾构隧道横断面轴线的竖向直径顶点位置，x轴与所述盾构隧道横断面轴线的中心水平直径相平行，y轴与所述盾构隧道横断面轴线中的竖向直径相平行；

；

所述根据所述盾构隧道确定的荷载作用模式计算所述盾构隧道的横断面参数步骤之后，还包括以下步骤：考虑实际工程的施工，对土-岩层交界线处的横断面轴线尖角突变进行优化，设计采用一段圆曲线进行修正过渡，为方便施工以及经多次曲线拟合分析，设计圆曲线起终点为岩土层交界线上下b/4处，两侧圆心O位置为（±X_O，L/2），半径为R_a，计算公式为：

其中，上述公式中：P₁为所述盾构隧道顶部位置的竖向土压力；

q₁为所述盾构隧道所处软土层顶部位置的水平土压力；

q₂为所述盾构隧道所处软土层底部位置的水平土压力；

q₃为所述盾构隧道所处硬岩层的水平均布土压力；

表示所述盾构隧道上覆土体的容重，对于土体分层时则表示平均容重；

为水的容重；

γ_s表示所述盾构隧道所处软土层的容重；

表示所述盾构隧道所处硬土层的容重；

为所述盾构隧道所处软土层的侧土压力系数；

为所述盾构隧道所处硬岩层的侧土压力系数；

H为所述盾构隧道的上覆土层厚度；

为地下水位距离所述盾构隧道顶部的垂直距离；

h_O为圆曲线圆心距离坐标原点的竖向距离；

a为所述盾构隧道所处的软土层厚度；

b为所述盾构隧道所处的硬岩层厚度；

c为土层交界线上b/4处盾构隧道横断面轴线的x值绝对值；

d为土层交界线下b/4处盾构隧道横断面轴线的x值绝对值；

R_a为圆曲线半径；

L为所述盾构隧道横断面轴线的竖向直径，且假定。

2.根据权利要求1所述的土-岩复合地层类马蹄形盾构隧道设计方法，其特征在于，根据所述盾构隧道的使用功能，判断所述隧道的横断面空间是否满足限界使用要求；

若不满足，调整竖向直径L的值并按上述步骤重新计算所述盾构隧道的土-岩复合地层荷载作用模式以及获得所述盾构隧道新的横断面参数；

若满足，则进一步验算所述盾构隧道的横断面是否满足结构可靠度要求。