[发明专利]一种盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法

权利要求书

1.一种盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

将盾构隧道沿纵向分解为相互间隔连接的管环段和环间接头段，建立非连续盾构隧道模型；将盾尾非对称推力简化为盾尾总推力和始端附加弯矩作用于所述非连续盾构隧道模型；

根据单个管环段始端和末端截面上状态向量间的函数关系和隧道环间接头段左右相邻管环段截面上状态向量间的函数关系，获得整个盾构隧道始端截面状态向量和末端截面状态向量之间的传递关系，推导得出盾构隧道任意截面处的位移和内力。

2.根据权利要求1所述的盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，其特征在于：所述盾尾非对称推力的作用方法为：将施工中的盾构隧道视为搁置于修正Winkler地基模型上的纵向非连续盾构隧道模型，将隧道始端和末端分别视为简支和固定约束，始端作用附加轴力和附加弯矩。

3.根据权利要求1所述的盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，其特征在于：所述非连续盾构隧道模型中，隧道每个环间接头段弯矩和剪力表示为：

Q_j＝k_sΔw＝k_s(w_r-w_l)

式中：M_j、Q_j分别为隧道接头处的弯矩和剪力；k_θ、k_s分别为隧道接头转动刚度和剪切刚度；Δw分别为接头两端隧道截面的相对转角和剪切错台；分别为接头右端和左端隧道截面转角；w_r、w_l分别为接头右端和左端隧道截面的位移。

4.根据权利要求3所述的盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，其特征在于：所述单个管环段始端和末端截面上状态向量间的函数关系的推导方法为：

步骤(1)、当隧道发生纵向变形w时，隧道始端作用的附加轴力P_o在管环段产生附加弯矩P_ow，同时Winkler地基模型会给隧道提供外荷载kwD_t，管环段弯矩、剪力以及转角方程表示为：

式中：M为隧道弯矩；Q为隧道剪力；EI为隧道抗弯刚度；为隧道截面转角；y为隧道截面纵向位置；N为隧道前端轴力；D_t为隧道直径；k为地基反力系数；

步骤(2)、将隧道单个管环段位移和内力方程式转化为矩阵形式并进一步无量纲化，得到以下状态方程：

式中：为无量纲的状态向量，包含4个未知量，即截面位移、转角、弯矩和剪力；

为系统矩阵：

步骤(3)、根据矩阵理论，状态方程的标准解为，即隧道单个管环段任意截面上的状态向量与其始端截面状态向量间的函数关系

式中：为单个隧道管环段始端截面的纵向位置，为单个隧道管环段始端截面的状态向量，为单个隧道管环段任意截面的状态向量，为传递矩阵；

步骤(4)、假设单个管环段末端截面的纵向位置为y₁，取y＝y₁得到隧道单个管环段始端截面状态向量和末端截面状态向量之间的矩阵传递关系为