[发明专利]一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法

权利要求书

1.一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，包括：

基于弹性力学Mindlin解推导建立隧道开挖引起既有盾构隧道轴线处土体纵向自由位移u(y)；

建立非连续盾构隧道计算模型：将盾构隧道沿长度方向划分为标准环单元和接头单元，其中标准环单元为将管片环简化后的Euler-Bernoulli短梁，其长度与管片环长度一致，接头单元为模拟环间接头的无长度转动弹簧；

将既有盾构隧道简化为搁置于非线性Pasternak地基上的接头非连续盾构隧道模型，并参考所述纵向自由位移u(y)分别构建：

隧道管片环段纵向位移差分方程和环间接头区段纵向位移差分方程；

隧道环间接头处弯矩差分方程和非接头处弯矩差分方程；

盾构隧道纵向环间张开量Δ计算公式；

采用有限差分法和牛顿迭代法进行求解分别得到盾构隧道的纵向位移、弯矩和纵向环间张开量Δ；

其中，在构建隧道管片环段纵向位移差分方程前，预先基于Pasternak地基模型并结合地基的非线性变形，建立地基反力模型公式为：

其中q(x)为地基反力；w(x)为地基变形；

G_c为剪切层的剪切刚度，G_c＝E_sh_t/6(1+v)，其中E_s为土体的压缩模量，h_t为剪切层厚度；

k_u为割线斜率且k_u＝q_u/δ_u，式中δ_u为土体获得极限接触压力所需要的位移值，q_u＝S_uN_v，其中S_u为土体不排水抗剪强度，N_v为纵向隆起系数且计算公式为：

适用于

式中：H_t为隧道埋置深度，D为隧道直径。

2.根据权利要求1所述的一种新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形的高精度预测方法，其特征在于，所述基于弹性力学Mindlin解推导新建隧道开挖引起既有盾构隧道轴线处土体纵向自由位移u(y)，具体包括：

以新建隧道与既有盾构隧道交点为原点，既有盾构隧道延长方向为y轴建立空间全局坐标系o-xyz，并基于空间全局坐标系o-xyz得到局部坐标系o′-x′y′z′，其中全局坐标系o-xyz与局部坐标系o′-x′y′z′间的转换关系为：

基于Mindlin位移解，构建新建隧道开挖引起既有盾构隧道轴线处土体纵向自由位移公式：

其中L₁、L₂分别为局部坐标系o′-x′y′z′中新建隧道尾首沿x′轴方向距离原点的距离，v为各土层加权平均泊松比；

G_s为土体的剪切刚度，计算公式为：G_s＝(1-2v)E_s/2(1+v)，式中E_s为土体的弹性模量；

H为新建隧道底部距离地面的垂直距离；

p为新建隧道开挖沿横向每延米卸荷荷载，计算公式为：

式中γ_s、γ_t、γ_n分别为新建隧道开挖土体、管片和触变泥浆的重度；R、R_o、R_i分别为新建隧道开挖半径、管环外半径和内半径；

R₁、R₂的计算公式为：

R₁＝((xcosα+ysinα-ε)²+(ycosα-xsinα-η)²+(z-H)²)^1/2；

R₂＝((xcosα+ysinα-ε)²+(ycosα-xsinα-η)²+(z+H)²)^1/2。