[发明专利]一种新建隧道下穿引起既有盾构隧道位移计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算新建隧道下穿引起既有盾构隧道位移计算方法，属于地下工程技术领域。

背景技术

既有盾构隧道下部有新建隧道穿越时，原有受力平衡被打破，引起既有盾构隧道应力的重分布，产生过大的横向或者纵向变形，引发管片开裂、接缝张开、螺栓失效等现象，影响地铁的安全性。现有计算方法分析新建隧道下穿既有盾构隧道都是基于弹性地基梁法，将盾构隧道简化为均质弹性梁，未考虑隧道环间的“接头效应”，无法计算管片错台量，与实际有所出入。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种合理的新建隧道下穿引起既有盾构隧道位移计算方法。

新建隧道下穿引起既有盾构隧道位移计算方法，包括如下步骤：

一、新建隧道下穿引起的既有隧道附加应力计算

1.1各个分力产生的附加应力

设既有盾构隧道轴线处一点坐标为(x，y，z)，求该点处的附加应力；根据Mindlin公式进行积分求解，可推导得到刀盘附加推力q、盾壳摩擦力f、注浆附加压力p在既有隧道轴线处的附加应力；

1.1.1刀盘附加推力q产生的竖向附加应力σ_z-q

在盾构刀盘处取任一微元体dA＝rdrdθ，运用Mindlin公式积分得到刀盘附加推力q在该点处产生的竖向附加应力σ_z-q为：

式中：v为土的泊松比；

1.1.2盾壳摩擦力f产生的竖向附加应力σ_z-f

在盾壳壁上取任一微元体dA＝R_sdsdθ，运用Mindlin公式积分得到盾壳摩擦力f在该点处产生的竖向附加应力σ_z-f为：

式中：L为新建盾构机机长；

1.1.3注浆附加压力p产生的竖向附加应力σ_z-p1和σ_z-p2

在盾尾注浆处取任一微元体dA＝R_sdsdθ，运用Mindlin公式积分得到：

(1)注浆附加压力竖向分力p₁

(2)注浆附加压力水平向分力p₂

1.1.4土体损失产生的附加应力

得到单线盾构施工由于土体损失引起的管线平面处任一点的土体竖向位移为U_z，进而得到土体损失在既有隧道轴线处产生的附加应力σ_s为：

其中，

式中：k为地基基床系数；d为土体移动焦点到新建隧道中心点的距离；η为最大土体损失百分率(％)；

最终得到隧道下穿引起既有隧道轴线处产生的竖向总附加应力值σ_z为：

σ_Z＝σ_z-q+σ_z-f+σ_z-p1+σ_z-p2+σ_s(7)

二、基于最小势能原理计算隧道纵向变形

在分析盾构隧道与土体相互作用时，假定：将盾构隧道衬砌环视为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁，新建隧道下穿导致隧道以环间剪切错台的方式进行变形；

2.1运用能量变分法计算隧道纵向位移量

2.1.1盾构隧道的总势能

任取盾构隧道一环进行分析，编号为m，其所受到的竖向荷载F_z为：

F_z＝P_z(x)-kDS_z(x)-k_t(ΔW_z(m+1)+ΔW_z(m))(8)