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申请/专利权人：中铁十五局集团有限公司;中铁十五局集团第四工程有限公司;北京工业大学;盾构及掘进技术国家重点实验室

摘要：本发明公开了一种空间曲线盾构施工荷载导致地层附加应力的预测方法，包括：S1：建立空间直角坐标系，并根据盾构机的掘进姿态构建空间曲线盾构隧道计算模型；假定盾构机位于地下h深度，始发于y轴负半轴部分，向右转弯掘进；盾构机掘进至xOz面，说明盾构机从正常掘进段进入异常掘进段；S2：分别计算开挖面推力f1、盾壳轴向摩擦力f2和注浆压力f3导致的地层附加应力；S3：根据盾构机在掘进时是否为小半径转弯条件来计算施工荷载导致的地层附加应力。本发明的优点为：实现了对空间曲线盾构施工荷载导致地层附加应力的预测，为实际隧道施工提供了参考。

主权项：1.一种空间曲线盾构施工荷载导致地层附加应力的预测方法，其特征在于所述预测方法包括以下步骤：S1：建立空间直角坐标系，并根据盾构机的掘进姿态构建空间曲线盾构隧道计算模型；其中，所述空间直角坐标系中的坐标原点O、x轴和y轴均位于地表，而z轴竖直向下；假定所述盾构机位于地下h深度，始发于y轴负半轴部分，向右转弯掘进；所述盾构机掘进至xOz面，说明所述盾构机从正常掘进段进入异常掘进段；S2：分别计算开挖面推力f1、盾壳轴向摩擦力f2和注浆压力f3导致的地层附加应力；其中，开挖面推力f1各分力作用在掌子面上导致的土体附加应力为： 式中：∑′AT，x和∑′AT，y分别为开挖面推力f1各分力作用在掌子面上导致的x方向和y方向的附加应力；f1x、f1y和f1z分别表示f1在x、y和z方向上的分力；σ′xx、σ′yx、σ′zx为单位附加应力沿x轴正方向作用在所述盾构机的盾壳上；σ′xy、σ′yy、σ′zy为单位附加应力沿y轴正方向作用在所述盾构机的盾壳上；r为点x,y,z与点x0,y0,z0的距离，点x0,y0,z0为集中力F的作用点0,0,c的修改坐标；t为圆面弧度；R为所述盾构机半径； 盾壳轴向摩擦力f2各分力作用在盾壳后土体上导致的土体附加应力为： 式中：∑′AF，x和∑′AF，y分别为盾壳轴向摩擦力f2各分力作用在盾壳后土体上导致的x方向和y方向的土体附加应力；f2，head，x、f2，head，y和f2，head，z表示以盾首部分中心截面为控制截面时f2在x、y和z方向上的分力；f2，tail，x、f2，tail，y和f2，tail，z表示以盾尾部分中心截面为控制截面时f2在x、y和z方向上的分力；为所述盾构机的盾壳上任一点与所述盾构机中心轴线的垂直连线同x轴之间的夹角；φ为所述盾构机在隧道中所属的角度区间；α为所述盾构机的偏航角；θs为所述盾构机在异常掘进段掘进过程中的转动角度；盾构机所占长度转化为角度θL为：L为所述盾构机长度，Qyaw为所述盾构机在异常掘进段掘进过程中的曲率半径； 注浆压力f3各分力作用在盾壳后土体上导致的土体附加应力为： 式中：∑′GP，x和∑′GP，y分别为注浆压力f3各分力作用在盾壳后土体上导致的x方向和y方向的土体附加应力；f3x、f3y和f3z表示f3在x、y和z方向上的分力；b为管片宽度； S3：根据所述盾构机在掘进时是否为小半径转弯条件来计算施工荷载导致的地层附加应力；其中，当所述盾构机在掘进时为小半径转弯，基于改写的Mindlin解，对施工荷载导致地层附加应力的解析进行修正；当所述盾构机在异常掘进段掘进时不为小半径转弯，将隧道掘进曲线放置于三维坐标中的合理位置，进行简化计算。

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