[发明专利]深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法

说明书

本发明提供一种深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.通过现场勘探、测试和分析，获得施工现场具有代表性的岩体的H‑B强度参数和盾壳的力学参数；步骤2.将获得的强度参数代入H‑B屈服准则，利用Newton‑Raphson迭代方法计算弹塑性交界处径向应力σ_r2；步骤3.结合围岩径向应力分层模型，令内部支护压力为0，计算得到洞壁处的塑性区半径R_p、最大径向位移u_max、位移特征曲线GRC和支护特征曲线SCC；步骤4.根据基于二维有限元法提出的弹塑性围岩LDP拟合公式，得到隧道开挖纵向变形的数据；步骤5.根据SCC、GRC和LDP曲线的数据，得到护盾所受的围岩压力，再通过差分求和的方式，得到深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力的具体值。

技术领域

本发明涉及一种深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法。

背景技术

当前，全断面隧道掘进机(TBM)在国内应用越来越广泛，尤其在深埋软弱岩石隧洞中施工时，由于盾壳与围岩挤压产生摩擦阻力过大，从而产生护盾被卡事故。因此，在隧洞设计阶段，应考虑掘进摩擦力的大小，为掘进推力的设计提供理论参考，从而规避护盾被卡事故。因此，在实际工程中，对TBM掘进摩阻力的求取提出了更高的要求。

既有的方法主要是数值模拟法，即利用数值软件对深埋圆隧TBM掘进进行建模运算，根据模拟结果得到掘进摩阻力，从而得到TBM掘进摩擦力的大小。数值模拟法虽然可以精确算得掘进摩阻力，但操作过程过于复杂，无法快速预判。此外，也有研究者提出TBM掘进摩阻力的理论解法，但其使用的屈服准则和LDP拟合曲线不能很好地反映工程实际现象，且在求取护盾所受围岩压力方面存在不足，计算得到不符合工程实际的结果。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种更加精确、高效的深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法。本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

发明提供一种深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.通过现场勘探、测试和分析，获得施工现场具有代表性的岩体的H-B强度参数和盾壳的力学参数；

步骤2.将获得的强度参数代入H-B屈服准则，利用Newton-Raphson迭代方法计算弹塑性交界处径向应力σ_r2；

步骤3.结合围岩径向应力分层模型，令内部支护压力为0，计算得到洞壁处的塑性区半径R_p、最大径向位移u_max、位移特征曲线(Ground Reaction Curve，简称为“GRC”)和支护特征曲线(Support Characterisric Curve，简称为“SCC”)；

步骤4.根据基于二维有限元法提出的弹塑性围岩LDP拟合公式，得到隧道开挖纵向变形的数据；

步骤5.根据SCC、GRC和LDP曲线的数据，得到护盾所受的围岩压力，再通过差分求和的方式，得到深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力的具体值：

步骤5-1.求得隧道围岩与盾壳沿纵断面方向的挤压力：

步骤5-2.在盾壳长度上对挤压力进行积分得到正压力总和，并与动摩擦因数μ'相乘得到深埋圆隧TBM掘进的摩擦阻力R_f：