一种盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法

本发明涉及隧道盾构施工，特别是涉及一种盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法。

背景技术：

1、盾构法施工的机械化和自动化程度较高，是目前国内外地下交通工程领域广泛采用的开挖技术。盾构施工时，盾构机前方设置有刀盘用于切削土体，盾构机后方设置有拼装机，拼装机用于将环状钢筋混凝土管片拼装为拼装隧道。为了方便施工，往往盾构机壳体的外径要大于拼装隧道的外径，这样一来，会导致拼装隧道与周围地层之间形成环状空隙，上述空隙称为盾尾空隙。

2、为了保证拼装隧道及周边地层的稳定，需要通过同步注浆的手段对环状空隙进行充填。同步注浆时对注浆压力的控制是盾构施工的关键技术，注浆压力过大，会引起拼装隧道自身衬砌结构的破坏，因此为了确保盾构施工安全，注浆压力需控制在一个合适的值。

3、目前，确定注浆压力值时仅考虑了周边地层的变形及拼装隧道的整体上浮变形，未考虑拼装隧道的环间接头的受力特性；然而，拼装隧道是由管片和螺栓构成的非连续结构，其变形主要出现在环间接头处，通常会因为剪切力过大导致剪切错台，剪切错台变形会引起环间接头漏水。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有注浆压力的确定方法，未考虑拼装隧道的环间接头处受力特点，导致盾构施工过程中环间接头处容易因剪切力过大而出现剪切错台变形。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，包括以下步骤：

3、根据拼装隧道的环间接头模型计算环间剪切力临界值；

4、根据设计注浆压力和拼装隧道纵向力学模型，计算所述拼装隧道的纵向各个位置处的剪切力理论值；

5、将各所述剪切力理论值与所述环间剪切力临界值进行比较，若任一个所述剪切力理论值大于所述环间剪切力临界值，则降低所述设计注浆压力。

6、作为优选方案，所述拼装隧道纵向力学模型为弹性地基梁模型，所述弹性地基梁模型包括位于左侧的浆液未凝固区和位于右侧的浆液凝固区，所述浆液未凝固区的基床系数从左至右逐渐增大，所述浆液凝固区的基床系数固定。

7、作为优选方案，所述拼装隧道纵向力学模型包括沿所述拼装隧道的纵向从左至右依次连接的n个单元：

8、

9、其中,sn为第n个单元的剪切力及变形量表达矩阵、sn-1为第n-1个单元的剪切力及变形量表达矩阵、tn为第n个单元与第n-1个单元之间的应力应变传递矩阵、f1n为第n个单元与第n-1个单元之间的外荷载初值影响矩阵、为第n个单元与第n-1个单元之间的外荷载斜率影响矩阵。

10、作为优选方案，所述拼装隧道纵向力学模型的边界条件为，所述拼装隧道纵向力学模型的左端点为铰支端，所述所述拼装隧道纵向力学模型的右端点为固定端。

11、作为优选方案，采用以下公式联立求解所述拼装隧道的纵向各个位置处的剪切力理论值q

12、时：

13、

14、

15、

16、

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、

24、

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、

34、

35、

36、

37、

38、

39、时：

40、

41、

42、

43、

44、

45、

46、

47、

48、

49、

50、

51、

52、

53、

54、

55、

56、

57、

58、

59、

60、

61、

62、

63、

64、

65、时

66、

67、

68、

69、

70、

71、

72、

73、

74、

75、

76、

77、

78、

79、

80、

81、

82、

83、

84、

85、

86、

87、

88、

89、

90、

91、

92、其中，x为拼装隧道纵向力学模型上的计算点距离拼装隧道纵向力学模型左端的距离，单位m；c为等效抗剪刚度，单位kn/rad；d为等效抗弯刚度，单位kn·m/rad；k为计算点所在位置处的基床系数，单位kn/m2；q为上浮荷载初值kn，单位；δq/δl为荷载梯度，单位kn/m。

93、作为优选方案，c＝πgs(d02-d2)/4；

94、其中，gs为管片的剪切模量，单位kpa；d0为隧道外径，单位m；d为隧道内径，单位m。

95、作为优选方案，d＝ηπes(d02-d2)/64；

96、其中，η为纵向等效刚度有效率，es为管片的弹性模量，单位kpa；d0为隧道外径，单位m；d为隧道内径，单位m。

97、作为优选方案，q＝1000×bpd0；

98、其中，q为上浮荷载，单位kn；b为管片环宽，单位m；p为注浆压力，单位mpa：d0为隧道外径，单位m。

99、作为优选方案，所述环间接头模型包括：

100、

101、其中，τ为螺栓抗剪强度，单位mpa；nb为螺栓个数，单位个；gb为螺栓剪切模量，单位kpa；ab为螺栓面积，单位m2；ng为凹凸榫个数，单位个；κg为剪切修正系数，无量纲；gg为凹凸榫剪切模量，单位kpa；ag为凹凸榫面积，单位m2；f为环间接头摩檫力，单位kn。

102、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

103、本发明的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，先根据拼装隧道的环间接头模型计算环间剪切力临界值；再根据设计注浆压力和拼装隧道纵向力学模型，计算拼装隧道的纵向各个位置处的剪切力理论值；之后将各剪切力理论值与环间剪切力临界值进行比较，若任一个剪切力理论值大于环间剪切力临界值，则降低设计注浆压力，从而避免了盾构施工过程中环间接头处容易因剪切力过大而出现剪切错台变形。

技术特征：

1.一种盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于，所述拼装隧道纵向力学模型为弹性地基梁模型，所述弹性地基梁模型包括位于左侧的浆液未凝固区和位于右侧的浆液凝固区，所述浆液未凝固区的基床系数从左至右逐渐增大，所述浆液凝固区的基床系数固定。

3.根据权利要求2所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于，所述拼装隧道纵向力学模型包括沿所述拼装隧道的纵向从左至右依次连接的n个单元：

4.根据权利要求3所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于，所述拼装隧道纵向力学模型的边界条件为，所述拼装隧道纵向力学模型的左端点为铰支端，所述拼装隧道纵向力学模型的右端点为固定端。

5.根据权利要求3所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于，采用以下公式联立求解所述拼装隧道的纵向各个位置处的剪切力理论值q,

6.根据权利要求5所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于：

8.根据权利要求5所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，其特征在于，所述环间接头模型包括：

技术总结
本发明涉及隧道盾构施工技术领域，特别是涉及一种盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，本发明的盾构施工盾尾空隙注浆压力校验方法，先根据拼装隧道的环间接头模型计算环间剪切力临界值；再根据设计注浆压力和拼装隧道纵向力学模型，计算拼装隧道的纵向各个位置处的剪切力理论值；之后将各剪切力理论值与环间剪切力临界值进行比较，若任一个剪切力理论值大于环间剪切力临界值，则降低设计注浆压力，从而避免了盾构施工过程中环间接头处容易因剪切力过大而出现螺栓剪切屈服。

技术研发人员：高始军,黄林冲,常勇,黄旭民,何子良,张箭,任国平,钟小春,王浩,尹义豪,梁禹
受保护的技术使用者：中山大学·深圳
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13