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龙图腾网恭喜西南交通大学申请的专利一种盾构隧道结构的长寿命设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119129082B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-11发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411604408.X，技术领域涉及：G06F30/13；该发明授权一种盾构隧道结构的长寿命设计方法是由封坤;方砚兵;张景轩;何川;肖明清;金振宇设计研发完成，并于2024-11-12向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种盾构隧道结构的长寿命设计方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种盾构隧道结构的长寿命设计方法，涉及盾构隧道结构设计技术领域，包括首先通过K‑means聚类算法对环境条件、水文地质数据等进行分类，提取多场耦合环境关键参数，并基于此进行实时监测、实验与数值模拟，建立材料的本构模型与劣化状态自适应模型。随后，通过蒙特卡洛模拟得到围岩与衬砌设计参数的概率分布和统计特征，并基于此进行有限元分析，建立隧道数值仿真模型。进一步通过回归分析与层次分析法，得到性能演化方程与长寿命设计的关键指标体系。最终，通过性能极限状态模型和生命周期成本分析，优化盾构隧道的结构设计参数，制定养护与更换方案，确保隧道的长寿命设计。本发明确保了结构的长期可靠性和经济性。

本发明授权一种盾构隧道结构的长寿命设计方法在权利要求书中公布了：1.一种盾构隧道结构的设计方法，其特征在于，包括：基于K-means聚类算法对预设的第一信息进行分类，并基于分类结果分析第一信息的演化趋势，得到多场耦合随时间演化的环境关键参数，所述第一信息包括盾构隧道所处区域的环境条件、水文与地质勘探数据和区域环境历史演化数据；基于多场耦合随时间演化的环境关键参数进行现场监测、室内实验与数值模拟，其中，利用最小二乘法拟合材料的应力-应变关系，得到材料本构模型，并进一步结合贝叶斯更新与预设先验数据建立随时间变化的劣化状态自适应模型；基于材料本构模型与劣化状态自适应模型收集并统计围岩与衬砌的关键设计参数，并经过蒙特卡洛模拟对围岩与衬砌关键设计参数进行随机采样，得到围岩与衬砌关键设计参数的概率分布和统计特征；基于概率分布和统计特征进行有限元分析，建立盾构隧道结构在多场耦合环境下的数值仿真模型；基于数值仿真模型的计算结果进行回归分析，得到隧道接头-衬砌-围岩性能演化方程与劣化模型；基于隧道接头-衬砌-围岩性能演化方程进行层次分析法评估隧道结构的预设数量个重要性能指标的影响，得到长寿命设计的关键指标体系；基于关键指标体系和极限状态函数法建立盾构隧道全寿命周期的性能极限状态模型；基于性能极限状态模型计算盾构隧道结构的动态可靠度，并基于计算得到的动态可靠度进行多目标优化，得到最优结构设计参数组合；基于生命周期成本分析法对于根据最优结构设计参数组合进行成本分析，得到盾构隧道结构的维养与更换的设计方案，得到最终的长寿命设计方案；其中，基于围岩应变所建的极限状态按下式计算： 其中,Z1表示围岩应变的极限状态值，ε为隧道围岩洞周应变；εcr为其临界应变；R为隧道半径；为洞室壁径向向内总变形；E为变形模量；v为泊松比；P0为初始地应力场；ps为支护抗力；Rpl为塑性区半径；peq为弹塑性交界处支护抗力；其中，基于现行混凝土结构设计规范所建的正截面抗压极限状态按下式计算： 式中,Z2表示混凝土结构的正截面抗压极限状态值，M为衬砌结构正截面所受弯矩值，h为管片厚度，Mu为衬砌正截面受弯极限值；α1为矩形应力图的应力等效系数；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；b为截面宽度；x为受压区高度；h0为截面有效高度，即受拉钢筋合力点至截面受压区边缘的距离；f'y为受压钢筋抗压强度设计值；A's为受压钢筋截面积；a's为受压钢筋合力点至截面受压边缘的距离；N为衬砌截面所受轴力；ea为附加偏心距；as为受拉钢筋合力点至受拉边缘的距离；其中，基于现行混凝土结构设计规范所建的正截面抗裂极限状态按下式计算： 其中，Z3表示混凝土结构的正截面抗裂极限状态值，wlim为最大裂缝宽度限值；wmax为衬砌截面的最大裂缝宽度的计算值；αcr为构件受力特征系数，当验算钢筋混凝土构件偏心受压时取1.9；ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，ψ＜0.2时，取0.2，当ψ＞1.0时，取1.0；σs为钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力；Es为钢筋弹性模量；cs为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区边缘的距离，当cs＜20时，取为20，当cs＞65时，取为65；deq为受拉区纵向钢筋等效直径；ρte为纵向受拉钢筋配筋率，当ρte＜0.01时，取0.01；其中，基于盾构隧道整体变形的极限状态按下式计算： 其中，Z4表示盾构隧道整体变形的极限状态值，δ0为直径收敛限值；δ为水平直径竖直直径收敛的计算值；δH为衬砌圆环的水平直径变形值；δV为衬砌圆环的竖直直径变形值；PV为竖向水土压力；PH1为隧道顶部侧向水土压力；PH2为隧道底部侧向水土压力；g为衬砌自重；Rc是隧道计算半径；η为衬砌截面刚度折减系数；E为衬砌弹性模量；I为衬砌截面惯性矩；k为地基基床系数；其中，基于管片抗浮的极限状态按下式计算： 其中，Z5表示管片抗浮的极限状态值，Fs为抵抗上浮的荷载除以浮力后的安全率，其值大于1时隧道不会发生上浮；H为覆土厚度；HW为到地下水位的覆土厚度；g为管片单位面积自重，反映在内部荷载Pi中；P0为地面超载；R为隧道外半径；γ为土的容重；γ'为土的浮容重；γw为水的重度；其中，基于环向接头抗弯的极限状态按下式计算： 其中，Z6表示管片抗浮的极限状态值，εcu表示混凝土极限压应变，d为积分符号，p表示，Mujf为环向接头抗弯极限承载力；Mjf为接缝面计算弯矩；Njf为接缝面计算轴力；b为管片幅宽；h为管片厚度；di为接缝面几何分段尺寸；m为接缝面有效几何尺寸个数；p为接缝面有效几何尺寸间的积分变量；σ为混凝土应力，为关于接缝面受压区高度x的函数；nbolt为环向接头中的螺栓个数；σbolt为螺栓应力；dbolt为螺栓直径；θ为螺栓与接缝面夹角；lbolt为接缝螺栓作用点至管片接缝面外边缘距离；其中，基于纵向接头抗剪的极限状态按下式计算： 其中，Z7表示纵向接头抗剪的极限状态值，Qu为接头螺栓的设计抗剪承载力；Q为结构计算剪切力；Qbu为螺栓抗剪极限承载力；fvyk为螺栓的剪切屈服强度的标准值；Ab为螺栓剪切面的有效断面面积；γm为螺栓材料分项系数；γb为纵向接头构件分项系数；Qcu为混凝土抗剪极限承载力；ftk为混凝土的抗拉强度标准值；Aci为单个接头所对应的破坏面投影面积；γc为混凝土材料分项系数。

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