[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

说明书

本发明公开了一种盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，包括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并作用于修正Winkler地基上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。本发明能够更真实的反应盾尾非对称推力作用下隧道的实际变形特征。

技术领域

本发明属于地铁盾构隧道技术领域，具体涉及一种盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法。

背景技术

随着城市地铁交通工程迅速发展，盾构法因其高效率、低成本、对周边环境影响小等优点被广泛应用于地铁隧道的修建中。然而复杂的地层条件以及较高的设计要求使得新建盾构隧道在施工过程中不可避免的遇到曲线掘进和轴线纠偏等问题。工程中通常是通过调整盾构机尾部各分区内油缸千斤顶的推力来达到曲线掘进或纠偏的目的，然而过大的非对称千斤顶推力会反过来作用于衬砌管片上，造成盾尾后方管片裂损、接头张开和错台、渗漏水等危害，严重威胁隧道的整体安全性。因此合理地评估盾构隧道在非对称推力作用下的受力变形具有重要的现实意义。

目前对于非对称推力作用下盾构隧道纵向变形的解析方法与临近施工下既有盾构隧道纵向变形的求解方法基本一致，均是将盾构隧道视为线性或非线性地基上的连续长梁，采用等效的方式赋予梁纵向刚度。然而连续梁模型忽视了管片和环间接头刚度的差异，实际上，盾构隧道由于环间采用螺栓连接会使接头处刚度低于管片，导致环间接头是盾构隧道的薄弱位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，以解决上述技术问题。

本发明提供一种盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析方法，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。

作为上述方案进一步的优选

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。

作为上述方案进一步的优选

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。

作为上述方案进一步的优选

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：