CN113283142B 一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法 （华中科技大学）

一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧了一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法。所述方法包括采用Pasternak双参一阶段推导施工荷载与土体损失的附加应力公浆压力及土体损失引起的既有隧道轴线处的附快速准确的评估盾构近接施工条件下既有隧道2S1采用Mindlin公式推导盾构施工引起的附加应力公式，并通过二重Gauss-legendreS13同步注浆压力p沿盾尾两环管片径向全断面均匀分布，计算盾尾同步注浆压力p作S2采用镜像法计算土体损失引起的附加应力，并通过三重Gau步骤S2中，仅考虑盾尾间隙引起的地层损失，并假zloss为盾尾间隙土体损失引起的点(x,y,z)处的附加应力，dσzloss为土体微元损S3将既有隧道视为Parsternak双参数地基上的Euler-Bernoulli梁，将步骤S1以及步骤S2获取的附加应力施加在既有隧道轴线作用点处，采用Pasternak双参数地基梁理论建z-n(3)s为刀盘半径。附加应包括水平分力的附加应力和竖向分力的附加应力，所述水平分力的附加应力oz-pv3砌径向均匀分布，在水平与竖直方向的分量为ph和pv，ph和pv引起的竖向附加应力分别为将盾构隧道结构离散为长度为l的n+5个单元，单元变形的二阶、三阶地基梁两端均设置两个虚拟单元，则在附加应力作用下的盾构4-2n+1和wn+2为地基梁两端虚拟点；b是纵向连接螺栓的劲度系数，Eb为螺栓的杨氏模量；Ab为螺栓的横截面面积，56结构安全产生一定的影响，很多文献已经对邻近开挖对既有隧道结构的影响效应进行分下穿对既有隧道影响的方法，能考虑主要盾构施工荷载下穿过程中对既有隧道变形的影[0005]S1采用Mindlin公式推导盾构施工引起的附加应力公式，并通过二重Gauss-[0007]S3将既有隧道视为Parsternak双参数地基上的Euler-Bernoulli梁，将步骤S1以及步骤S2获取的附加应力施加在既有隧道轴线作用点处，采用Pasternak双参数地基梁理7动模式为椭圆形非等量径向土体移动模式，盾尾间隙土体损失引起的点(x,y,z)处的附加8和wn+2为地基梁两端虚拟点；9b[0068]1.本发明采用Parsternak双参数地基模型来考虑相邻Winkler弹簧间的相互作[0069]2.本发明采用二阶段分析方法进一步修正了基床系数的计算公式，并引入[0070]3.本发明将既有隧道看作是Parsternak地[0071]图1是本发明涉及的一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法的流[0077]图7中的(a)为不同隧道间距S对既有隧道沉降的影响，图7中的(b)为不同隧道间[0081]如图1所示，本发明实施例提供的一种基于解析解法分析盾构下穿对既有隧道影响的方法，采用Parsternak双参数地基模型来考虑相邻Winkler弹簧间的相互作用，根据Mindlin公式与镜像法求出主要因素引起的附加应力，将既有隧道视为Parsternak双参数既有隧道响应计算的解析方法。该方法采用Pasternak双参数地基模型来模拟隧道结构与引起的附加应力公式，通过三重Gauss-legendre数值积分求出作用点处附加应力离散值；第二阶段将各种附加应力施加在既有隧道轴线作用点处，应用Pasternak双参数地基梁理[0086]本发明提出的解析解方法能考虑主要盾构施工荷载下穿过程中对既有隧道变形[0089]Mindlin公式是以Boussinesq解为基础，推导出的竖直或水平荷载作用在半无限Z0[0091]刀盘附加推力q作用面上任一点微元面积dA＝rdrdθ,对应0-rsinθ,dPh作用下xyz坐标系中h作用下xyz坐标系中任一点(x,y,z)的附加应力：0-Rssinθ,将dp分解为水平分力dph＝pRscosθdsdθ和竖向分力dpv定盾构机移动模式为椭圆形非等量径向土体移动模式。对于空间中的任意微元dV＝rdrdθ隧道轴线处竖向附加应力，图中所示作用下处附加应力为dσzloss，所有盾尾间隙作用下[0119]为了克服Winkler地基梁未考虑地基抵抗剪切变形的缺点，采用Parsternak双参数地基模型描述土体与隧道结构相互作用，并将既有隧道结构视为Euler-Bernoulli无限的附加应力。如果剪切层参数Gc为0，地基梁的刚度矩阵公式将退化为被普遍采用的Winkler地基模型上的Euler-Bernoullli无限长梁的表达式为(13)；地基梁两端均设置两个虚拟单元[0157]下卧层基床系数k是另一个反映土体与隧道结构相互作用的重要参数，很多学者已经提出了多种估算基床系数k的公式。Vesic通过假定无限长地基梁放置在弹性地表上，公式，采用6节点Gauss-legrende积分公式计算既有隧道上各离散点处的附加应力值{Q}。擦力f＞刀盘附加推力q＞盾尾同步注浆压力p，盾壳摩擦力f引起的既有隧道的隆起量为擦力f与盾尾同步注浆压力p都使得刀盘后土体产生拉应力，但土体无法承受很大的拉应[0177]盾构近接施工会会影响既有线的运营安全，工程实践上通常会采取一定预防措[0179]图6描述了既有隧道纵向抗弯刚度为100(EI)eq时，不同下卧层[0180]新建隧道与既有隧道的间距S是上下交叉隧道近接施工中近接度划分的关键因小幅度为22最大负弯矩(绝对值)减小幅度为57％。最大弯矩的减小幅度显著大于最大[0183]为了验证提出的解析方法的有效性，采用FLAC3D模拟盾构隧道穿越既有隧道全的理论公式能合理计算盾构开挖引起的既有隧是Parsternak地基上的Euler-Bernoulli梁，采用两阶段法分析盾构