[发明专利]一种考虑浆液凝固特性的盾构隧道施工期上浮分析计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑浆液凝固特性的盾构隧道施工期上浮分析计算方法，通过构建考虑浆液凝固特性的盾构隧道管片施工期上浮力学分析模型，并给出了模型中的参数取值，对模型进行求解即可得到不同土体下盾构隧道施工期纵向上浮变形特性。本发明可针对分别使用常规抗剪型浆液和可硬性抗剪型浆液条件下，同时考虑盾构隧道的埋深、隧道的直径、盾构的掘进速度以及土体弹性模量等综合因素对盾构隧道施工期上浮性状的影响，为工程实践提供指导。

技术领域

本发明属于岩土工程位移预测领域，具体涉及一种考虑浆液凝固特性的盾构隧道施工期上浮分析计算方法。

背景技术

随着隧道工程的快速发展，盾构隧道施工期管片的变形机理及控制技术已逐渐成为工程实践中关注的问题。

由各地的盾构施工监测数据可知，无论盾构处于地层条件较差的软土地层，还是处于地层条件较好的砂质、岩质地层，盾构隧道在掘进施工期间都在不同程度上出现了管片上浮问题。

盾构隧道管片上浮计算模型的建立、计算参数的选取对于探究管片上浮规律、预测上浮量以及隧道上浮控制等方面至关重要。

上浮计算模型方面，浆液的凝固是需要一定时间的，如何考虑浆液的时变性，建立浆液未凝固区的动态变化模型，以及浆液分布与压力的确认还需要进一步的研究。隧道管片变形、内力的计算更多地依靠数据模拟，合理的解析解还有待深入研究。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种考虑浆液凝固特性的盾构隧道施工期上浮分析计算方法，本发明易行可靠，优势明显，适用范围广，可用于计算不同土体条件下盾构隧道施工期纵向上浮变形特性。

本发明采用以下技术方案实现：

一种考虑浆液凝固特性的盾构隧道施工期上浮分析计算方法，具体如下：

盾构开挖掘进期间，注浆浆液或孔隙水产生的上浮力会引起隧道的纵向上浮变形。这是一个土与结构相互作用的问题，为建立考虑浆液凝固特性的盾构隧道管片施工期上浮力学分析模型，需要做以下基本假定：

(1)地基模型假定为Winkler弹性地基模型，即将周围土体与既有隧道之间的相互作用关系假定为一系列相互独立的弹簧。注浆浆液未凝固区的地基反力系数假定为线性分布，地基反力系数由0按线性递增过渡至浆液凝固区。浆液凝固区的地基系数假定为定值。

(2)盾构隧道模型假定为欧拉梁模型，并考虑管片拼装造成的纵向刚度折减。

(3)在浆液未凝固区，注浆浆液产生的上浮作用力为线性分布。

(4)隧道模型在盾构尾端受到盾尾弹簧约束，以模拟盾构机对管片的约束。由于在远离上浮影响区处，约束形式对结构的变形影响一般较小，以自由端处理。

(5)盾构机始终沿隧道设计轴线掘进，不考虑盾构轴线偏移对隧道纵向力学行为的影响。

(6)不考虑盾尾同步注浆压力对隧道纵向力学行为的影响。

建立考虑浆液凝固特性的盾构隧道管片施工期上浮力学分析模型，具体为：

搁置在Winkler地基中的欧拉梁，在距盾尾水平距离为x处浆液上浮力F(x)的作用下，可得到关于梁竖向挠曲变形：

式中，(EI)_eq为隧道的等效抗弯刚度，(EI)_eq＝ξE_lI,ξ为抗弯刚度折减系数，E_l为盾构管片的弹性模量，I为管片截面的惯性矩；w(x)为隧道竖向变形；K(x)为地基系数。