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申请/专利权人：浙江大学;中国市政工程中南设计研究总院有限公司

摘要：本发明公开提供了一种软土盾构隧道施工期管片上浮计算方法，包括以下步骤：1基于国家标准规范判断盾构隧道所处地层是否为软土地层；2计算管片施工期所受到的静态上浮力；3计算管片施工期所受到的动态上浮力；4计算管片施工期所受到的地层回弹力；5计算管片施工期所受到的千斤顶分推力；6计算施工期管片及附属设施自重；7计算施工期管片环间约束力；8求解盾构隧道施工期管片上浮量。本发明的优点是：概念清晰，求解简便，可供工程设计参考使用。

主权项：1.软土盾构隧道施工期管片上浮计算方法，包括以下步骤：1根据国家标准规范《盾构隧道工程设计标准》GBT51438-2021判断盾构隧道所处地层是否为软土地层；如果可归类为软土地层，则继续以下步骤；2计算管片施工期所受到的静态上浮力；静态上浮力由注浆浆液和地下水产生，其大小主要与包裹管片的体积相关，具体表达式为： 式1中，Ffs为t时刻的静态上浮力；Ffw为地下水包裹管片产生的浮力，tc为浆液初凝时间；γw为地下水容重；式2中，为初始静态上浮力，方向竖直向上；γf为浆液和地下水混合液体容重；R1为管片外半径；ls为管片幅宽；αf为浆液浸没管片弧段所对应的弧度；3计算管片施工期所受到的动态上浮力；动态上浮力由注浆孔注浆压力引起，其大小与注浆方式、注浆管分布以及注浆压力等显著相关，具体表达式为： 式3中，Ffd为t时刻的动态上浮力；式4中，为初始动态上浮力，竖直向上为正，竖直向下为负；q1为下部浆泡压力；q2为上部浆泡压力；α1为下部浆泡对应的弧度；α2为上部浆泡对应的弧度；4计算管片施工期所受到的地层回弹力；地层回弹力指施工期管片在上浮过程中周围地层对其产生的作用力合力；若不考虑浆液凝固的影响，假设周围地层完全作用于管片，则地层回弹力实际上等于隧道未开挖前管片环周地应力的合力，具体表达式为： 式5中，Fd为t时刻的地层回弹力；式6中，为不考虑浆液凝固影响的地层回弹力，方向竖直向上；γm为地层等效重度；R2为盾构开挖半径；H为注浆层顶部至地表的距离；H1为注浆层外环周上任意一点土柱的高度；K0为静止土压力系数；α为注浆层外环周上任意一点和隧道轴心的连线与竖直方向的夹角；5计算管片施工期所受到的千斤顶分推力；当盾构千斤顶推力方向与隧道轴线出现夹角时，千斤顶推力会对管片产生隧道轴线方向以外的附加作用力，具体表达式为： 式7中，Fv为t时刻的千斤顶竖向分推力，向上为正，向下为负；Fh为t时刻的千斤顶水平分推力；θ1为隧道轴线与水平方向的夹角，以逆时针偏移为正；θ2为千斤顶推力与水平方向的夹角，以顺时针偏移为正；式8中，Ft为t时刻的千斤顶总推力；为初始千斤顶总推力；为浆液初凝时的千斤顶残余总推力，主要与浆液初凝时间、盾构掘进速度、地层条件等有关；6计算施工期管片及附属设施自重，具体表达式为：Fg＝Wg+Wt9 式9中，Wg为管片自重；Wt为附属设施分布在一环管片上的自重；式10中，γc为混凝土容重；R1为管片外半径；R0为管片内半径；Wt0为附属设施总重；Lt为拖车长度；两者均按照实际工程参数取值；7计算施工期管片环间约束力；管片环间约束力主要来源于管片环间摩擦和纵向接头螺栓抗剪力，具体表达式为：Fm＝ξFm1+Fm211 式11中，Fm为t时刻的管片环间约束力；ξ为管片环间约束力折减系数；式12中，Fm1为管片环间最大摩阻力；μm为管片环间摩擦因子；Ni为第i个纵向接头螺栓的预紧力；n为纵向接头螺栓数量；Fh为t时刻的千斤顶水平分推力，可根据式7计算；Fm2为纵向接头螺栓最大抗剪力；[τ]为纵向接头螺栓许用剪应力；Ab为纵向接头螺栓横截面面积；8求解盾构隧道施工期管片上浮量；基于t时刻管片总竖向外力与地层变形平衡关系构建模型控制方程，盾构隧道施工期管片上浮量可按下式计算： 式13中，F为t时刻管片所受到的总竖向外力，按步骤2～7计算的外力求和而来，F＝Ffs+Ffd+Fd+Fv-Fm-Fg；μ为土体泊松比；bs为变形计算参数，当管片有效宽度B＞ls时，取ls，反之取B；管片有效宽度ω为土层压缩变形影响系数，可参考地基沉降影响系数；ps为等效压力，ps＝FBls；Ee为上覆土层变形模量，可按式14计算： 式14中，Ee为地层等效变形模量；Dc为管片形心线直径；E0g为上覆土层变形模量；Hb为注浆层厚度；Hg为受注浆影响的地层范围；H0为注浆总体影响范围；θs为荷载扩散角，一般取30°；E0b为t时刻的注浆层变形模量，其中，为浆液初凝时的注浆层变形模量。

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