[发明专利]一种新建隧道近接下穿对既有地铁隧道纵向变形的计算方法

说明书

本发明公开了一种新建隧道近接下穿对既有地铁隧道纵向变形的计算方法。本发明考虑了隧道的地基反力系数的非线性，通过基于梁理论的叠加法求解了新建隧道近接下穿施工影响下，邻近上卧既有地铁隧道的纵向变形及其力学响应，得到的预测结果较为准确，接近实际，误差较小。

技术领域

本发明具体涉及一种新建隧道近接下穿对既有地铁隧道纵向变形的计算方法。

背景技术

由于城市地下空间的限制，新建隧道将不可避免地接近、穿越既有运营隧道。新建隧道下穿开挖将对既有隧道产生不利的影响，如纵向不均匀沉降、管片开裂、道床脱开、接头破损、渗漏水等，从而严重影响列车运营安全。合理预估隧道下穿施工过程中既有隧道响应及控制隧道施工风险、保护既有隧道结构，是目前城市轨道交通工程面临的重要课题之一。

国内外学者主要通过现场原位监测、有限元分析及简化解析理论等手段研究下穿隧道对既有地铁隧道的影响。

目前关于预测基坑卸载下盾构隧道变形预测的方法大多假定随着地基的变形增加，地基的反力呈线性增加。众所周知，地基土变形具有非线性特点，即随着土体位移的增大，地基反力并不会无限增大，而是会趋近某一临界值，因此，采用线性地基模型评估隧道的受力和变形特点是不准确的，具有较大的误差。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种新建隧道近接下穿对既有地铁隧道纵向变形的计算方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种新建隧道近接下穿对既有地铁隧道纵向变形的计算方法，包括以下步骤：

(1)使用弹性地基模型，计算由卸载压力q(y)引起的隧道挠度s₁(y)和弹性反力F₁(y)，F₁(y)＝k·s₁(y)，k为路基反力系数；

(2)对步骤(1)弹性地基模型施加大小相等方向相反的外荷载F₁(y)，荷载作用范围为y∈[-L,L]，重新计算隧道挠度s₂(y)和弹性反力F₂(y)；

(3)如果弹性反力F₂(y)小于0.1kN，则s(y)通过叠加s₁(y)和s₂(y)得到；否则，将重复类似的计算，直到弹性反应小于0.1kN；

每个使用弹性地基模型的叠加外部压力等于最初施加的附加压力q(y)；

与此同时，当来自范围-L到L的叠加反力接近于零，则表示该范围内的弹簧已“删除”，即可视为下方隧道“0距离”下穿上方既有隧道；

因此模型的弹性反作用力F(y)和挠度s(y)可通过以下公式得出：

F(y)＝F₁(y)-F₁(y)+F₂(y)-F₂(y)+…-F_n-1(y)+F_n(y) (11)

s(y)＝s₁(y)+s₂(y)+…+s_n(y) (12)。

进一步地，步骤(1)中，采用Winkler地基模拟地基土与隧道间的相互作用，即：地基土和既有隧道之间的相互作用通过一系列紧密的独立线性“土弹簧”模拟，由于新建隧道下穿施工，使原有“土弹簧”的刚度沿既有隧道方向发生变化。

进一步地，步骤(1)中，采用Euler-Bernoulli梁模拟既有地铁隧道。

进一步地，Winkler地基上无限Euler伯努利梁的控制方程为：