[发明专利]一种双隧道开挖对邻近地埋管线影响的预测方法

说明书

本发明提供了一种双隧道开挖对邻近地埋管线影响的预测方法，包括：构建管‑土竖向相互作用的本构模型，用于描述管‑土竖向相对位移与管线周围土体抗力的关系；构建管‑土水平相互作用的本构模型，描述管‑土水平相对位移与管线周围土体抗力的关系；所述管‑土竖向相互作用的本构模型与所述管‑土水平相互作用的本构模嵌入到有限元管‑土相互作用单元内，通过大量的工况分析，拟合得到了可准确预测双隧道开挖时邻近地埋管线的最大竖向位移及最大弯曲应变。本发明提供的一种双隧道开挖对邻近地埋管线影响的预测方法，可快速、方便、准确地预测双隧道开挖对邻近地埋管线的影响。

技术领域

本发明涉及隧道施工预测技术领域，特别涉及一种双隧道开挖对邻近地埋管线影响的预测方法

背景技术

因地铁盾构隧道施工所产生的地层位移将使得其临近管线产生过大的附加应力及应变，进而影响地埋管线的正常服役性能，甚至引起地埋管线的破损或爆裂。有关隧道-管-土相互作用问题也日趋受到关注。岩土学者们也对这一问题开展了一系列研究工作。

Klar et al在分析管—隧道—土相互作用问题时采用了一种以连续弹性理论为基础的新型地基模型。Yu et al在此基础之上建立一种更符合实际的地基模型，并将计算结果与Klar et al的连续弹性理论进行了对比。Klar et al推到证明无结构物地层中隧道施工所致体积损失值与管线存在工况下由其变形推导所得的体积损失值相等，以此为基础得到了用于预测管线弯矩的简洁表达式。Wang et al、史江伟等对多种隧道-管-土相互作用工况进行了模拟计算，给出了一种可用于计算单隧道开挖所致管线最大弯曲应变的表达式。Vorster et al采用线性等效的方法，建立了准确描述管-土相对刚度随土体当前剪切应变变化的关系式，但该方法所得预测结果过于保守。Klar et al在Marshall et al提出的土体平均等效剪应变的基础上，克服了管-土相对位移较难确定的缺点，合理引入了土体高度非线性特征对计算结果的影响并给出了具体的预测流程。Saiyar et al在对不同刚度管线受地层错动的影响研究时指出，对于管-土相互作用问题而言，是否合理地考虑土体的非线性特征是影响计算结果的关键因素。

上述学者研究工作均聚焦于单个地铁隧道施工对其临近管线的影响的预测分析，较少对盾构双隧道施工对临近地埋管线的影响开展研究。虽然Klar et al、WEI提出，叠加原理可用于此问题的研究，但是MA et al、马少坤等的研究结论指出，因管-土相对刚度受后继隧道施工的影响较大，而使得叠加原理所得预测结果与真实值有较大差别。

因此，为了解决现有技术中双隧道施工对临近地埋管线的影响的预测结果与真实结果差别较大的问题，需要一种双隧道开挖对邻近地埋管线影响的预测方法。

发明内容

本发明的在于提供一种双隧道开挖对邻近地埋管线影响的预测方法，所述方法包括：

构建管-土竖向相互作用的本构模型，用于描述管-土竖向相对位移与管线周围土体抗力的关系；

构建管-土水平相互作用的本构模型，用于描述管-土水平相对位移与管线周围土体抗力的关系；

所述管-土竖向相互作用的本构模型与所述管-土水平相互作用的本构模嵌入到有限元管-土相互作用单元内，预测双隧道开挖时邻近地埋管线的位移变化。

提出可准确预测双隧道开挖所致邻近地埋管线最大竖向位移及最大弯曲应变的关系式。在一个实施例中，所述管-土竖向相互作用的本构模型包括用于描述管-土竖直向上的相对位移的本构模型和用于描述管-土竖直向下的相对位移的本构模型。

在一个实施例中，用于描述管-土竖直向上的相对位移的本构模型通过如下方式表述：

δ_ru＝k_uq_u，q_u＝N_vγHD，