[发明专利]一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法

说明书

本发明公开了一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，所述方法确定特殊段管片结构的竖向荷载和侧向荷载；基于特殊段管片环结构为二次超静定结构，建立弹性中心处的位移协调方程，采用弹性中心法对特殊段管片环的内力进行分析；将特殊段管片环结构的开口处管片近似为曲形薄板，分析特殊段管片结构的受力情况，对侧向荷载的内力计算进行修正；计算特殊段管片结构在竖向荷载作用下的内力；将侧向荷载和竖向荷载作用下的管片环内力进行叠加，即可得到最终特殊段管片的内力。本发明提出的计算方法简单，适用性较强，考虑了朝上盾构法施工引起的特殊荷载及施工开口影响。

技术领域

本发明属于地下隧道工程技术领域，涉及一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法。

背景技术

随着城市现代化，当今地下空间构筑技术呈现多样化的发展。大中城市地下均埋设各类管线设施，在这样复杂的条件下，若采用传统的方法在地表开挖竖井等工程势必会对交通出行和周边居民生活带来不便。在这一需求下，朝上盾构法应运而生。朝上盾构法主要利用盾构机从已建好的地下水平盾构隧道始发，朝上掘进竖井。日本的御堂筋工程采用的便是朝上盾构法，该工程需要在交通繁忙的环境下挖掘全长约4km的主线隧道和8个竖井。该施工方法凭借其地面空间占用小、施工成本低、工期短等优点，带来了巨大的经济效益。

与普通的水平盾构隧道管片相比，水平盾构隧道特殊段管片的内力更复杂，设计也有特殊的要求。如果管片内力的分析和设计不当会造成朝上盾构法施工中水平隧道产生裂缝甚至破坏，直接影响盾构隧道的质量和寿命。因此，朝上盾构法施工区域对应的水平盾构隧道特殊段管片有特殊的设计要求，需要单独进行内力计算及分析。

目前已有的大部分研究仍围绕水平盾构法进行，鲜少有关于朝上盾构法的研究。《竖向顶管法中的水平盾构隧道管片设计方法研究》中根据竖向顶管法水平隧道各部分的基本受力特征对其进行分区，并基于自由变形法对其进行内力计算。该方法的不足之处有：

1)未考虑地层抗力的作用；

2)未考虑施工开口对水平隧道管片的内力影响。

朝上盾构法施工引起的特殊竖向荷载直接作用于水平盾构特殊段管片结构，且施工开口及地层抗力会对管片内力产生较大影响。因此，朝上盾构法施工中无法采用一般水平盾构法的内力计算方法，需要在考虑朝上盾构法施工引起的特殊荷载及施工开口影响的基础上，重新提出一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提出了一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案为：本发明提出了一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：确定特殊段管片结构的竖向荷载和侧向荷载；

步骤2：基于特殊段管片环结构为二次超静定结构，建立弹性中心处的位移协调方程，采用弹性中心法对特殊段管片环的内力进行分析；

步骤3：将特殊段管片环结构的开口处管片近似为曲形薄板，分析特殊段管片结构的受力情况，计算三角分布侧向水土压力、均布侧向水土压力和地层抗力，对侧向荷载的内力计算进行修正；

步骤4：计算特殊段管片结构在竖向荷载作用下的内力；所述竖向荷载主要包括竖向开挖土体卸载及地基反力、顶升反力及地基反力；

步骤5：将侧向荷载和竖向荷载作用下的管片环内力进行叠加，即可得到最终特殊段管片的内力。

进一步地，所述特殊段管片为水平盾构隧道掘进中，朝上盾构法施工形成的带有圆形开口的环状管片。