[发明专利]深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法

权利要求书

1.一种深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.通过现场勘探、测试和分析，获得施工现场具有代表性的岩体的H-B强度参数和盾壳的力学参数；

步骤2.将获得的强度参数代入H-B屈服准则，利用Newton-Raphson迭代方法计算弹塑性交界处径向应力σ_r2；

步骤3.结合围岩径向应力分层模型，令内部支护压力为0，计算得到洞壁处的塑性区半径R_p、最大径向位移u_max、位移特征曲线GRC和支护特征曲线SCC；具体包括以下子步骤：

步骤3-1.将塑性区域划分为任意n环，采用如下公式确定数值运算的初始值：

p_i＝0，

r₍₀₎＝1，

σ_r(0)＝σ_r2，

σ_θ(0)＝2σ₀-σ_r2，

步骤3-2.迭代计算推广至第i环：

σ_r(i)＝σ_r(i-1)+Δσ_r，

σ_θ(i)＝σ_r(i)+σ_ci(m_bσ_r/σ_ci+s)^a，

H(σ_r(i)′)＝σ_ci(m_bσ_r(i)′/σ_ci+s)^a，

B_(i-1)＝σ_r(i)-σ_θ(i-1)+H(σ_r(i))，K_ψ＝(1+sinψ)/(1-sinψ)，

式中，Δ表示差值；r表示半径；u表示围岩径向变形；σ表示应力；ε表示应变；下标i表示环数；下标r表示径向；下标θ表示切向；

步骤3-3.迭代运算结束后，可得：R_p＝R₀/r_(n)，u_max＝u_(n)·R_p；

GRC曲线中的u＝ε_θ·R₀，p_i＝σ_r；

SCC曲线的方程为：

步骤4.根据基于二维有限元法提出的弹塑性围岩LDP拟合公式，得到隧道开挖纵向变形的数据；

步骤5.根据SCC、GRC和LDP曲线的数据，得到护盾所受的围岩压力，再通过差分求和的方式，得到深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力的具体值：

步骤5-1.求得隧道围岩与盾壳沿纵断面方向的挤压力：

步骤5-2.在盾壳长度上对挤压力进行积分得到正压力总和，并与动摩擦因数μ'相乘得到深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力R_f：

式中，p_i为支护压力，E_s为护盾的弹性模量，d_s为护盾的厚度，L为护盾的长度，R₀为隧洞半径，为SCC曲线与GRC曲线的交点，u表示围岩径向变形，u(x)为随着距离变化的变形函数，下标i表示环数，ΔR为超挖量，μ’为护盾与围岩之间的摩擦因数，W为护盾重量。

2.根据权利要求1所述的深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法，其特征在于：

其中，步骤1中获取的强度参数包括：隧洞半径R₀，支护压力p_i，泊松比μ，变形模量E，地应力σ₀，划分的环数n，岩体剪胀角ψ，岩体强度参数m_b、s、a，以及岩体单轴抗压强度σ_ci；

步骤1中获取的力学参数包括：护盾的弹性模量Es，护盾的厚度d_s，护盾的长度L，护盾与围岩之间的摩擦因数μ’，超挖量ΔR，以及护盾重量W。