[发明专利]一种重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算方法

说明书

本发明公开了一种重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算方法，包括建立叠交隧道内支撑台车工作的力学模型；计算盾构掘进和支撑台车压重引起的附加应力；计算既有隧道的竖向位移。以解决现有对重叠隧道内支撑台车作用下，既有隧道位移使用数值模拟法在精确度上难以控制问题。

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，特别涉及一种重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算方法和装置，适用于叠交段下部隧道采用了支撑台车加固，为了计算上部盾构掘进引起的下部既有隧道竖向变形的情况。

背景技术

盾构法修建城市地铁隧道早已成为一种常规的施工方法，在城市浅地层中出现了越来越多的地铁线路。尤其是在一些大型城市中，地铁系统的多年发展让城市地下交通管线越来越错综复杂，线路难免会出现重叠、上穿、下穿和夹穿的特殊工况。其中隧道上下叠交就是其中一种近接施工工况，目前多采用“先下后上”的施工顺序，即先修建重叠下部隧道，之后修建上方隧道，而在上部隧道开挖过程中，采用一定的保护手段对下部既有隧道进行变形和位移控制就显得尤为重要，直接影响到下方既有隧道的安全。

在众多的保护措施中，最为常见的一种就是使用液压支撑台车对下方既有隧道进行保护，其既能满足上方隧道掘进，又能保护下方成型隧道的安全，很好地解决了重叠段隧道的施工难点。

而在现有的研究中，关于使用支撑台车对既有隧道进行变形保护时所产生的位移变形控制效果大小的评估研究较少，无法核算支撑台车的使用对控制沉降和变形效果的改善情况。同时，现有对于支撑台车的研究方法主要为数值模拟法，而数值模拟法使用的精确性很大程度取决于建模水平、边界条件和具体工况的模拟，在精确度上浮动性较大，而将理论解求导应用于重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算研究较少，具有研究必要性。

综上所述，对重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算研究较少，大多使用数值模拟法进行研究，在精确度上难以控制，而理论解的求导方法缺乏，亟需进行完善与优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算方法，以解决现有对重叠隧道内支撑台车作用下，既有隧道位移使用数值模拟法在精确度上难以控制问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

一种重叠隧道内支撑台车作用下既有隧道位移的计算方法，包括如下步骤：

根据新建隧道和既有隧道的相对位置建立三维坐标系，在既有隧道内部设置支撑台车，在盾构体前端设置切口附加推力q，沿盾构体环向设置盾构侧摩阻力f，盾构体尾部设置附加注浆压力p，建立叠交隧道内支撑台车工作的力学模型；

根据建立的力学模型，分别计算切口附加推力q、盾构侧摩阻力f、附加注浆压力p、土体损失和支撑台车压重这五个因素在既有隧道轴线处某点(x,y,z)产生的沿竖直方向的附加应力，依次为q产生的竖向附加应力σ_z-q、f产生的竖向附加应力σ_z-f、p产生的竖向附加应力σ_z-p1和σ_z-p2、土体损失产生的附加应力σ_z-s、支撑台车压重产生的附加应力σ_h，最后将各个附加应力进行求和，求得既有隧道轴线处总竖向附加应力σ_z；

通过纵向非均匀刚度的隧道竖向变形计算方法，将求得的总竖向附加应力σ_z代入，即可求得纵向非均匀刚度隧道竖向位移计算函数，代入计算范围内的任意一点即可得到对应位置的隧道位移值。

进一步地，所述步骤(1)具体如下：