[发明专利]一种基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法

权利要求书

1.一种基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、根据壁后浆液的强度增长时间和掘进速度确定计算长度；

步骤二、根据下式计算隧道围岩的等效地基抗力系数：

式中：u₀为开挖洞壁的卸载位移量，根据下式计算得到：

A＝R_pc-u_c；k_kr为平均体积变化系数；R_b为隧道衬砌外半径；R_b0为隧道开挖半径；R_pc为非线性体积变化塑性区半径；

p_i为衬砌与围岩的相互作用力，根据下式计算得到：

||u′₀||＝||u₀||-||Δu₀||；

R_a为隧道衬砌内半径，Δu₀为衬砌施工前围岩已产生了卸载的位移量；

步骤三、考虑盾构机管片拼装式结构顶进时另一端滑移边界条件，构建隧道纵向位移计算模型：

w＝(C₁e^αx+C₂e^-αx)cosβx+(C₃e^αx+C₄e^-αx)sinβx

式中：C₁～C₄为待定系数；D为等效抗弯刚度，C为等效抗剪刚度，N为纵向推力；x为纵向长度；K＝k_r；

步骤四、根据设计掘进方案中的顶进力，计算顶进端的弯矩和轴力，根据顶进端的弯矩和轴力，利用步骤三所述隧道纵向位移计算模型预测步骤一所述计算长度内隧道的纵向位移量，如果预测的隧道的纵向位移量的最大值小于允许设计位移值且小于设计安全控制的上浮量，则方案可行；反之，则调整盾构机掘进参数。

2.根据权利要求1所述基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法，其特征在于：所述等效抗剪刚度C的计算公式如下：

式中：G_c为管片的剪切模量；A_c为管片衬砌截面面积；κ_c为管片的剪切系数；ξ为管片之间接触关系的修正系数；n为纵向螺栓个数。

3.根据权利要求2所述基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法，其特征在于：所述等效抗弯刚度D的计算公式如下：

D＝(EI)_eq＝ηE_cI_c

式中：η为抗弯刚度有效率；E_c为管片混凝土弹性模量；I_c为管片衬砌截面惯性矩。

4.根据权利要求3所述基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法，其特征在于：所述抗弯刚度有效率η通过下式计算得到：

式中：A_c为管片衬砌截面面积；l_s为衬砌管片环宽；K_j为全部纵向螺栓的弹性刚度系数，E_b为螺栓弹性模量；A_b为螺栓截面面积；l_b为螺栓长度；ψ为隧道纵向弯曲变形时的中性轴位置。

5.根据权利要求4所述基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法，其特征在于：隧道纵向弯曲变形时的中性轴位置ψ根据下式确定：

式中：r为纵向螺栓到管片环截面中心的距离，r＝R_a+t/2，R_a为衬砌内半径，t为衬砌厚度；N为轴力；M为弯矩。

6.根据权利要求5所述基于盾构隧道纵向位移的盾构机掘进参数控制方法，其特征在于：所述轴力N和弯矩M通过下式计算得到：

N＝σ_top·A_c/2+σ_bot·A_c/2

M＝σ_top·A_c/2·y_c-σ_bot·A_c/2·y_c

式中：y_c为轴力的偏心距，