(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210586417.5 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 武汉市市政建设集团有限公司 地址 430056 湖北省武汉市经济技 术开发 区春晓路6号 申请人 中国地质大 学 （武汉） (72)发明人 李忠超　张志伟　霍超　吴斌　 谭冲　梁荣柱　黄超群　刘律　 黄栋　李徐德　彭静　 (74)专利代理 机构 合肥东邦滋原 专利代理事务 所(普通合伙) 3415 5 专利代理师 王天马 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 17/11(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种新建顶管上穿下既有盾构隧道环间变 形的计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种新建顶管上穿下既有盾 构隧道环间变形的计算方法， 包括建立纵向环 ‑ 弹簧‑环盾构隧道模型， 计算新建综合管廊隧道 开挖卸荷引起的附加应力， 将既有盾构隧道简化 为修正Winkler地基 上所述纵向环 ‑弹簧‑环盾构 隧道模型； 根据既有盾构隧道单个管环段始端和 末端截面上状态向量间的函数关系和其环间接 头段左右相邻管环段截面上状态向量间的函数 关系， 获得整个既有盾构隧道始端截面状态向量 和末端截面状态向量之间的传递 关系， 推导得出 既有盾构隧道任意环间处的张开量和错台量。 本 发明能够更真实的反应新建顶管上穿下既有盾 构隧道的环间实际变形 特征。 权利要求书4页 说明书13页 附图6页 CN 114969920 A 2022.08.30 CN 114969920 A 1.一种新建顶管上穿下既有盾构隧道环间变形的计算方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤(一)、 将既有盾构隧道沿纵向分解为相互间隔连接的管环段和环间接头段， 建立 纵向环‑弹簧‑环盾构隧道模型； 步骤(二)、 将既有盾构隧道简化为修正Winkler地基模型上的纵向环 ‑弹簧‑环盾构隧 道模型， 将隧道始端和末端分别视为自由边界， 基于弹性力学Mindlin解计算新建综合管廊 顶管开挖卸荷引起的作用于既有盾构隧道纵向轴线上的附加应力； 步骤(三)、 根据既有盾构隧道单个管环段始端和末端截面上状态向量间的函数关系和 其环间接头段左右相 邻管环段截面上状态向量间的函数关系， 获得整个盾构隧道始端截面 状态向量和末端截面状态向量之间的传递关系， 推导得出盾构隧道任意环间的张开量和错 台量。 2.根据权利要求1所述的新建顶管上穿下既有盾构隧道环间变形的计算方法， 其特征 在于： 所述步骤(三)中既有盾构单个管环段始端和末端截面上状态向量间的函数关系的推 导方法为： 步骤(1)、 计算新建顶管上穿施工引起的作用于既有盾构隧道纵向轴线上的附加应力q (y)为： 式中： p为顶管隧道因开挖而产生的卸载荷载； Hn是顶管隧道底部距 离地面的垂直距离； Ht是既有盾构隧道纵向中轴线距离地面的垂直距离； L1和L2分别是始发井和顶管开挖面距 离新旧隧道平 面交点的直线距离； Le是顶管机开挖区域的宽度； v 是土层泊松比； R1和R2为参 数； 新建顶管隧道因开挖而产生的卸载荷载p可以表示 为： 式中： γs、 γt和γn分别是顶管机开挖的土体、 顶管管节和管壁周围减阻泥浆的单位重 度； he和L分别是顶管机开挖区域的高度和顶管管节的宽度； h和tc分别为新建顶管管节的高 度和厚度； 步骤(2)、 当既有盾构隧道发生纵向变 形w时， Winkler地基模型给隧道提供外荷载kwDt， 管环段弯 矩、 剪力以及转角方程表示 为： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114969920 A 2式中： M为隧道弯矩； Q为隧道剪力； EI为隧道抗弯刚度； 为隧道截面转角； y为隧道截 面纵向位置； Dt为隧道直径； k 为地基反力系数； q(y)为附加应力； 步骤(3)、 将既有盾构隧道单个管环段位移和内力方程式转化为矩阵形式并无量纲化， 得到的状态方程 为： 式中： 为无量纲的状态向量， 包括的未知量 为截面位移、 转角、 弯 矩和剪力； 其中， 是无量纲化外荷载状态向量， 是无量纲化系统矩阵， 分别表示 为： 无量纲量分别表示 为： 式中： L为隧道计算全长， E为隧道管环段弹性模量， A为 隧道横截面积， I为隧道截面惯 性矩； 步骤(4)、 所述状态方程的标准解即为隧道单个管环段任意截面上的状态向量与其始 端截面状态向量间的函数关系： 式中： 为单个隧道管环段始端截面的纵向位置， 为单个隧道管环段始端截面的状 态向量， 为单个隧道管环段任意截面的状态向量， 为传递矩阵， 为无量纲化 外荷载的矢量积分； 步骤(5)、 假设单个管环段末端截面的纵向位置为y1， 取y＝y1得到隧道 单个管环段始端 截面状态向量 和末端截面状态向量 之间的矩阵传递关系为： 3.根据权利要求2所述的新建顶管上穿下既有盾构隧道环间变形的计算方法， 其特征 在于： 所述 参数R1和R2为： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114969920 A 3