[发明专利]一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法

权利要求书

1.一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据竖向曲线顶管的坡率将曲线顶管划分为若干区段；

步骤2、运用数值分析软件分别对曲线顶管不同区段的顶管顶进过程建立位移控制有限单元数值模型；

步骤3、针对每个模型，通过对各模型起始环向截面施加一个管节宽度的位移，得到各区段不同顶进位置的顶推力和平均机头端阻力，用各位置的顶进力与平均机头端阻力之差得到各顶进位置的侧阻力；

步骤4、沿顶进方向，将各模型计算得到的顶进力与侧阻力进行叠加，就可以得到沿顶进方向，顶推力随顶进长度的拟合函数和拟合曲线，该拟合函数可以作为相同顶管参数和施工条件的竖向曲线顶管顶进力计算的通式；

所述步骤3中各顶进位置的侧阻力具体计算方法如下：

S1、通过对各模型起始环向截面施加给定位移，得到每个区段不同顶进位置的顶推力和机头端阻力，并且，以区段为单位，分别计算得到每个区段的平均机头端阻力；

S2、用每个区段最后一个顶进位置对应的有限单元分析模型计算得到的顶进力与该区段各顶进位置有限单元分析模型计算得到的平均机头端阻力之差作为该区段顶管平均侧阻力的代表值；

S3、沿顶进方向，起始区段各顶进位置对应的有限单元分析模型计算得到的顶推力作为该区段的各顶进位置的顶推力的代表值，同时计算得到该区段对应的平均侧阻力代表值；

S4、沿顶进方向，第二区段各顶进位置对应的有限单元分析模型计算得到的顶进力与起始区段平均侧阻力代表值之和为第二个区段各顶进位置顶推力的代表值，第二个区段对应的有限单元分析模型计算得到的最后一个顶进位置的平均侧阻力与起始区段的平均侧阻力之和作为第二个区段平均侧阻力的代表值；

S5、以此类推，得到下一个区段对应的各顶进位置顶推力代表值和下一个区段的平均侧阻力代表值；

S6、最后一个区段对应的各顶进位置有限单元分析模型计算得到的顶进力与倒数第二个区段的平均侧阻力之和作为最后一个区段各顶进位置的顶推力的代表值，最后一个区段各顶进位置对应的有限单元分析模型不需要再计算平均机头端阻力。

2.根据权利要求1所描述的一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法，其特征在于：

所述步骤1中区段划分的具体方法如下：

根据曲线顶管的坡度划分若干区段，每个区段的顶管为直线顶管；除最后一个区段外，其他区段的模型长度均比实际工程的顶管长度长4-5m；除最后一个区段外，其他区段的最后一顶的顶进位置为实际顶管最后一个管节位置，顶进结束时，顶管末端到达曲线顶管的转折处；起始模型顶管转折处对应的模型截面各结点的应力以一一对应的方式施加到下一个模型顶管起始边界上，作为下一个模型的应力边界条件。

3.根据权利要求1所描述的一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法，其特征在于：

所述步骤4中得到顶推力随顶进长度的拟合函数和拟合曲线的具体方法如下：

通过数值分析模型后处理得到顶管在给定顶距、起始管节截面各个结点沿顶进方向的应力分量，根据结点总数加权平均，用平均管截面应力乘以顶管截面积即得到给定顶距的顶推力；

然后，将每个区段各顶进位置有限单元位移控制分析模型得到的顶进力与上一个区段的平均侧阻力代表值进行叠加得到本区段的各顶进位置顶推力的代表值，最后得到竖向曲线顶管顶进力随顶进长度的拟合函数和拟合曲线。