[发明专利]获得垂直隧道轴线的匀质地下管线状态数据的方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市地下空间利用技术，特别是一种获得垂直隧道轴线的匀质地下管线状态数据的方法，在地下工程建设隧道开挖施工中采用所述方法能够获得更为准确、更符合实际的地下管线状态数据，例如地下管线沉降变形数据或地下管线内力数据等等，甚至还可以获得地基反力数据等。

背景技术

在城市地下空间的开发利用中，地下工程隧道开挖施工建设对地下管线的状态造成影响，因此需要通过现场资料及时获得更小误差的地下管线状态数据，例如地下管线沉降变形数据或地下管线内力数据等等。

隧道开挖将引起土层及土层中临近地下管线的变形。管线变形的理论分析一般采用弹性地基梁方法。弹性地基梁法将管线看作为放置在土体中的梁，采用Winkler假定考虑管线与土体的相互作用，土层的变形被当作梁的位移荷载。目前弹性地基梁法普遍采用的梁变形的控制微分方程为式中w(x)为管线竖向位移，S(x)为土层竖向位移，k为地基系数，D为管线外径，E为管线弹性模量，I为管线截面的惯性矩。该公式为一个四阶非齐次常系数的线性常微分方程，是在小变形假设下推导得到的，缺点是不能计算管线的轴力，也不适合管线发生大变形的情况。

管线轴向拉力对于判断管身拉断和接头拉开是十分重要的。以往的研究只考虑了土层平行管线移动引起的管线轴向拉力，没有考虑垂直管线移动引起的管线拉力。由于管线嵌于土层中，受到土层的约束，在沉降槽一定距离外管线不发生水平位移，两端是固定的。因此，管线的垂向变形将产生轴向拉力。由于管线垂向变形远大于轴向变形，垂向变形产生的拉力是管线拉力的主要部分。地下工程开挖使地面沉降达到十几厘米甚至几十厘米的工点并不少见，埋于土层中的柔性和弹性管线将产生较大的竖向变形，其变形行为的描述和内力计算，采用线性小变形理论将造成较大误差。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种获得垂直隧道轴线的匀质地下管线状态数据的方法，在地下工程建设隧道开挖施工中采用所述方法能够获得更为准确、更符合实际的地下管线状态数据，例如地下管线沉降变形数据或地下管线内力数据等等，甚至还可以获得地基反力数据等。

本发明的技术方案如下：

获得垂直隧道轴线的匀质地下管线状态数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：

①测定或确定垂直隧道轴线的匀质地下管线所处位置的土层沉降槽中点沉降值S₁及土层沉降曲线反弯点距土层沉降槽中点的水平距离值i；

②试选一个j值，根据公式AE6jπ4j3w13+(3EIj4+kD)w1-kDS1=0]]>计算w₁的值，以得到满足该公式的j和w₁的一系列数组取值，其中，j为地下管线沉降曲线反弯点距地下管线中点的水平距离值，j的取值范围为i～3i，w₁为地下管线中点沉降值，D为地下管线外径值，A为地下管线截面积值，k为地基系数，E为地下管线弹性模量，I为地下管线截面的惯性矩；