復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，包括如下步驟：依據(jù)勘探材料獲取盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的實際厚度值；利用臨界厚度計算公式，計算盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度與位于下部的第二土層的滑移面寬度相等時的第一土層的臨界厚度值；比較判斷，若所述第一土層的實際厚度值小于等于臨界厚度值，利用所述第二土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力，若所述第一土層的實際厚度值大于臨界厚度值，利用所述第一土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力。本發(fā)明專利技術(shù)考慮復(fù)合地層的實際情況，能夠更準(zhǔn)確的反映管片變形和受力狀況，為精確求解盾構(gòu)法隧道管片內(nèi)力提供了基礎(chǔ)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及隧道管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算領(lǐng)域，特指一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法。
技術(shù)介紹
目前，國內(nèi)盾構(gòu)法隧道管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算大多采用修正慣用法。修正慣用法假定結(jié)構(gòu)為彈性勻質(zhì)體，考慮環(huán)向接頭存在，圓環(huán)整體的彎曲剛度降低，如圖1所示，取圓環(huán)抗彎剛度為ηEI。修正慣用法中隧道結(jié)構(gòu)受到的荷載如圖1所示，包括拱頂豎向土壓力q1、拱背土壓力qG、頂?shù)撞克较蛲翂毫1和e2、襯砌自重g、靜水壓力qw、底部豎向反力q2、水平向三角形抗力pp。其中拱頂豎向土壓力q1對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形有著直接影響。拱頂豎向土壓力q1的計算分為全覆土土壓力和松弛土壓力兩種方法。全覆土土壓力理論計算較為簡單，即根據(jù)上覆土體重度和深度計算全部覆土重量。當(dāng)隧道具有一定的覆土深度，且上覆土具有一定的強度時，多采用松弛土壓力理論計算拱頂豎向土壓力q1。由于隧道開挖面引起隧道上方的土體向下滑移，在隧道的側(cè)面和頂部之間產(chǎn)生了主動滑移面，此滑移面沿著垂直方向延伸到地面，通過土塊垂直方向上力的平衡得出太沙基松弛土壓力公式。而現(xiàn)有技術(shù)中利用太沙基松弛土壓力公式計算拱頂豎向土壓力，是基于均勻地層計算的，對于復(fù)合地層來說，該計算公式得到的拱頂豎向土壓力的誤差較大，不能滿足盾構(gòu)法隧道管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的精度要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中利用太沙基松弛土壓力公式計算拱頂豎向土壓力由于基于均勻地層計算而導(dǎo)致的誤差較大不滿足精度要求的問題。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：本專利技術(shù)提供了一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，包括如下步驟：獲取盾構(gòu)隧道的勘探材料，依據(jù)所述勘探材料獲取盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的實際厚度值；利用臨界厚度計算公式，計算盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度與位于下部的第二土層的滑移面寬度相等時的第一土層的臨界厚度值；所述臨界厚度計算公式包括：式一中：α臨界R為第一土層的臨界厚度值，α臨界為比例系數(shù)，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑，為第一土層的土體內(nèi)摩擦角，為第二土層的土體內(nèi)摩擦角；以及比較判斷所述第一土層的實際厚度值與所述臨界厚度值的大小，若所述第一土層的實際厚度值小于等于臨界厚度值，利用所述第二土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力，若所述第一土層的實際厚度值大于臨界厚度值，利用所述第一土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力。本專利技術(shù)對太沙基松弛土壓力計算方法進行了改進，考慮復(fù)合地層的實際情況，根據(jù)復(fù)合地層的第一土層和第二土層的實際厚度值進行計算，當(dāng)?shù)谝煌翆拥膶嶋H厚度值小于等于臨界厚度值時，選取第二土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力，當(dāng)?shù)谝煌翆拥膶嶋H厚度值大于臨界厚度值時，選取第一土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力，從而能夠更準(zhǔn)確的反映管片變形和受力狀況，解決現(xiàn)有技術(shù)中利用太沙基松弛土壓力計算公式不適用于復(fù)合地層的問題，本專利技術(shù)為精確求解盾構(gòu)法隧道管片內(nèi)力提供了基礎(chǔ)。本專利技術(shù)復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法的進一步改進在于，還包括利用松弛土壓力計算公式計算隧道拱頂豎向土壓力；所述松弛土壓力計算公式包括：式二中：σv為盾構(gòu)隧道拱頂豎向土壓力值，γ為盾構(gòu)隧道上覆土體的土體重度，H為盾構(gòu)隧道上覆土體的深度，c為盾構(gòu)隧道上覆土體的土體粘聚力，K為盾構(gòu)隧道的側(cè)壓力系數(shù)，P0為地表荷載力，e為自然常數(shù)，為盾構(gòu)隧道上覆土體的內(nèi)摩擦角，若所述第一土層的實際厚度值小于等于臨界厚度值則B為第二土層的滑移面寬度，若所述第一土層的實際厚度值大于臨界厚度值則B為第一土層的滑移面寬度。本專利技術(shù)復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法的進一步改進在于，所述松弛土壓力計算公式的推導(dǎo)過程包括：假設(shè)盾構(gòu)隧道開挖面的上方設(shè)有埋深為z處寬度為2B厚度為dz的土塊，根據(jù)力的平衡公式可得到如下公式：2Bγdz＝2B(σy+dσy)-2Bσy+2τdz(式三)式三和式四中：B為盾構(gòu)隧道開挖影響寬度的一半，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑，為土體內(nèi)摩擦角，γ為土體重度，σy為豎向應(yīng)力，τ為側(cè)向剪應(yīng)力，d為微分；根據(jù)庫倫破壞準(zhǔn)則，式五中：c為土體粘聚力，K為側(cè)壓力系數(shù)，σx為水平應(yīng)力，σy為豎向應(yīng)力，為土體內(nèi)摩擦角；將式五帶入到式三中，得到：考慮邊界條件，Z＝0時，σy＝P0，因此得到所述松弛土壓力計算公式，P0為地表荷載力。本專利技術(shù)復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法的進一步改進在于，還包括：將盾構(gòu)隧道沿設(shè)計路線以設(shè)定距離進行分段形成多個區(qū)段；針對每一區(qū)段利用所述松弛土壓力計算公式計算隧道拱頂豎向土壓力值。本專利技術(shù)復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法的進一步改進在于，所述臨界厚度計算公式的推導(dǎo)過程包括：由盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度得到如下公式：由盾構(gòu)隧道開挖面處的位于下部的第二土層的滑移面寬度得到如下公式：由于B1＝B2，故求得所述臨界厚度計算公式；式七和式八中：B1為盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度，B2為盾構(gòu)隧道開挖面處的位于下部的第二土層的滑移面寬度，α臨界R為第一土層的臨界厚度值，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑，為第一土層的滑移角度，為第二土層的滑移角度，為第一土層的土體內(nèi)摩擦角，為第二土層的土體內(nèi)摩擦角。附圖說明圖1為修正慣用法計算模型。圖2為松弛土壓力計算示意圖。圖3為典型復(fù)合地層的斷面圖。圖4為復(fù)合地層中第一地層和第二地層的滑移面的一種情形的示意圖。圖5為復(fù)合地層中第一地層和第二地層的滑移面的另一種情形的示意圖。圖6為復(fù)合地層中第一地層和第二地層的滑移面寬度相等的示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本專利技術(shù)作進一步說明。本專利技術(shù)提供了一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，解決傳統(tǒng)盾構(gòu)隧道太沙基松弛土壓力計算公式不適用于復(fù)合地層的問題，提出了一種更為準(zhǔn)確的計算方法。本專利技術(shù)針對復(fù)合地層的實際情況，根據(jù)巖層分界線的變化來選定滑移面寬度，并計算拱頂豎向土壓力，以提高計算的精確度，減小誤差，為精確求解盾構(gòu)法隧道管片內(nèi)力提供基礎(chǔ)。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法進行說明。本專利技術(shù)提供了一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，包括如下步驟：獲取盾構(gòu)隧道的勘探材料，依據(jù)勘探材料獲取盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的實際厚度值；結(jié)合圖3所示，盾構(gòu)隧道開挖面的直徑為D，在盾構(gòu)隧道開挖面處位于下部的第二土層的實際厚度值為h1，該第一土層的實際厚度值為D-h1，復(fù)合地層通常表現(xiàn)為上軟下硬，即第一土層為軟弱土層，第二土層為堅硬巖層，由于地層分界線起伏不定，從而導(dǎo)致上下地層引起的滑移面寬度B不同。如圖4和圖5所示，巖層分界線變化時，第一土層的滑移面寬度B1可能大于第二土層的滑移面寬度B2，也可能小于第二土層的滑移面寬度B2。圖4和圖5中的為第一土層的滑移角度，為第二土層的滑移角度，為第一土層的土體內(nèi)摩擦角，為第二土層的土體內(nèi)摩擦角，αR為盾構(gòu)隧道開挖面處位于上部的第一土層的實際厚度值，α為比例系數(shù)，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑。利用臨界厚度計算公式，計算盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度與位于下部的第二土層的滑移面寬度相等時的第一土層的臨界厚度值；臨界厚度計算公式包括：式一中：α臨界R為第一土層的臨界厚度值，α臨界為比例系數(shù)，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑，為本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，其特征在于，包括如下步驟：獲取盾構(gòu)隧道的勘探材料，依據(jù)所述勘探材料獲取盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的實際厚度值；利用臨界厚度計算公式，計算盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度與位于下部的第二土層的滑移面寬度相等時的第一土層的臨界厚度值；所述臨界厚度計算公式包括：式一中：α臨界R為第一土層的臨界厚度值，α臨界為比例系數(shù)，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑，為第一土層的土體內(nèi)摩擦角，為第二土層的土體內(nèi)摩擦角；以及比較判斷所述第一土層的實際厚度值與所述臨界厚度值的大小，若所述第一土層的實際厚度值小于等于臨界厚度值，利用所述第二土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力，若所述第一土層的實際厚度值大于臨界厚度值，利用所述第一土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，其特征在于，包括如下步驟：獲取盾構(gòu)隧道的勘探材料，依據(jù)所述勘探材料獲取盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的實際厚度值；利用臨界厚度計算公式，計算盾構(gòu)隧道開挖面處的位于上部的第一土層的滑移面寬度與位于下部的第二土層的滑移面寬度相等時的第一土層的臨界厚度值；所述臨界厚度計算公式包括：式一中：α臨界R為第一土層的臨界厚度值，α臨界為比例系數(shù)，R為盾構(gòu)隧道開挖面的半徑，為第一土層的土體內(nèi)摩擦角，為第二土層的土體內(nèi)摩擦角；以及比較判斷所述第一土層的實際厚度值與所述臨界厚度值的大小，若所述第一土層的實際厚度值小于等于臨界厚度值，利用所述第二土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力，若所述第一土層的實際厚度值大于臨界厚度值，利用所述第一土層的滑移面寬度計算隧道拱頂豎向土壓力。2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，其特征在于，還包括利用松弛土壓力計算公式計算隧道拱頂豎向土壓力；所述松弛土壓力計算公式包括：式二中：σv為盾構(gòu)隧道拱頂豎向土壓力值，γ為盾構(gòu)隧道上覆土體的土體重度，H為盾構(gòu)隧道上覆土體的深度，c為盾構(gòu)隧道上覆土體的土體粘聚力，K為盾構(gòu)隧道的側(cè)壓力系數(shù)，P0為地表荷載力，e為自然常數(shù)，為盾構(gòu)隧道上覆土體的內(nèi)摩擦角，若所述第一土層的實際厚度值小于等于臨界厚度值則B為第二土層的滑移面寬度，若所述第一土層的實際厚度值大于臨界厚度值則B為第一土層的滑移面寬度。3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合地層盾構(gòu)隧道拱頂荷載計算方法，其特征在于，所述松弛...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王明年，肖時輝，包鶴立，寧佐利，姜弘，李磊，王曉波，周江鋒，李剛，
申請(專利權(quán))人：上海隧道工程有限公司，珠海大橫琴股份有限公司，上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31