[发明专利]一种盾构隧道螺栓接头不连续变形计算方法

说明书

本发明公开了一种盾构隧道螺栓接头不连续变形计算方法，包括：建立盾构隧道螺栓纵向接头的Dirac Delta函数并求一阶导数和二阶导数；计算当盾构隧道螺栓纵向接头发生剪切错位时的剪切错位虚拟分布压力：计算当盾构隧道螺栓纵向接头发生弯曲转动时的弯曲转动虚拟分布压力；建立盾构隧道螺栓活动接头处的控制微分方程，并计算盾构隧道螺栓接头不连续变形参数。本发明不仅预测管道的偏转，还预测盾构隧道的变形缝和螺栓接头错位和旋转，解决了现有算法中不能模拟接缝处得张开和错位，对盾构隧道的不连续变形和内力无法进行预测的问题，对于估计现有盾构隧道纵向接头的不连续变形是合理、方便、全面的。

技术领域

本发明涉及智能测控技术领域，尤其涉及一种盾构隧道螺栓接头不连续变形计算方法。

背景技术

近年来，地下空间技术在世界范围内得到了迅速的发展。大量隧道修建得越来越深，不可避免地穿越既有隧道、管道、地铁车站等现有地下结构之下。盾构隧道已成为现今城市地下交通建设当中的重要组成部分。由此可见，隧道-土相互作用(TSI)对保证既有结构的安全性和适用性具有重要意义，因此，盾构隧道在施工和运营过程中，纵向接头处的差异变形受到社会各界越来越多的关注。盾构隧道在施工和运营过程中，盾构推进时正面推力、盾构与土体间由于摩擦力引起的周围土体的附加应力，对于盾构隧道的变形的影响及盾构隧道的安全施工和运营均是不可忽略的。

管片环节的两种变形模式，管片环节之间的张开，如图9a所示；管片环节之间的错位，如图9b所示。实际上，第三种变形模式是张开和错位模式的组合，如图9c所示。通常采用梁-弹簧模型和纵向连续模型来研究考虑纵向接头的TSI问题。采用梁-弹簧模型将标准结构段视为梁，薄弱接头视为弹性弹簧，对弯矩、轴力和剪力进行建模。纵向连续模型将既有盾构隧道视为在薄弱接头处进行刚度折减的均质连续梁。传统的研究方法中将现有盾构隧道视为Euler-Bernoulli梁(EB)或Timoshenko梁(TB)，位于由Winkler模型、两参数Pasternak模型和三参数Kerr模型组成的弹性地基之上。这种采用梁模型和地基模型组合的地基梁模型来模拟新建隧道下穿既有盾构隧道的力学行为，虽然模型的选择在本质上是无差别的，但是有些模型假定盾构隧道的变形是连续的，不能模拟接缝处得张开和错位，对盾构隧道的不连续变形和内力无法进行预测。

因此，亟需一种能够及时的监测盾构隧道施工和运营过程中的纵向接头周围土体所产生的附加应力，并能够准确的预测盾构隧道螺栓纵向接头处产生的相对位移和盾构隧道螺栓纵向接头处产生的相对转角的方法。

发明内容

本发明提供一种盾构隧道螺栓接头不连续变形计算方法，以克服上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种盾构隧道螺栓接头不连续变形计算方法，包括如下步骤：

S1：建立盾构隧道螺栓纵向接头的Dirac Delta函数，并对所述Dirac Delta函数分别求一阶导数和二阶导数，以获取盾构隧道螺栓纵向接头剪切错位计算模型和盾构隧道螺栓接头弯曲转动计算模型；

S2：根据所述盾构隧道螺栓纵向接头剪切错位计算模型，计算当盾构隧道螺栓纵向接头发生剪切错位时的剪切错位虚拟分布压力：

S3：根据所述盾构隧道螺栓接头弯曲转动计算模型，计算当盾构隧道螺栓纵向接头发生弯曲转动时的弯曲转动虚拟分布压力；

S4：建立盾构隧道螺栓活动接头处的控制微分方程，并根据所述剪切错位虚拟分布压力与所述弯曲转动虚拟分布压力，计算盾构隧道螺栓接头不连续变形参数，即盾构隧道螺栓纵向接头处产生的相对位移和盾构隧道螺栓纵向接头处产生的相对转角。