(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 202210805474.8 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 上海建工集团股份有限公司 地址 200120 上海市浦东 新区中国 （上海） 自由贸易试验区福山路3 3号 (72)发明人 孙廉威　李天歌　颜超　 (74)专利代理 机构 安徽思沃达知识产权代理有 限公司 342 20 专利代理师 张旭华 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计 算方法 (57)摘要 本发明公开了一种正交盾构隧道细部结构 影响的数值计算方法， 涉及模拟正交盾构隧道开 挖面领域， 解决了现有的模拟盾构开挖面失稳对 既有正交盾构隧道细部结构影 响中， 易引发计算 时间超长或计算不收敛等多种问题的问题， 现提 出如下方案， 其包括以下步骤： 建立第一阶段三 维有限元模 型； 进行第一阶段三维有限元模拟计 算， 提取得到既有正交盾构隧道竖向位移曲线z ＝f(x)和水平位移曲线y＝f(x)； 进行第二阶段 三维精细化有限元建模； 进行第二阶段三维精细 化有限元建模； 进行第二阶段三维有限元计算。 本装置可以有效提升模拟盾构开挖面失稳对既 有正交盾构隧道细部结构影 响的计算效率， 降低 计算难度。 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 CN 115168951 A 2022.10.11 CN 115168951 A 1.一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 根据背景资料， 建立第一阶段三维有限元模型； S2： 进行第一阶段三维有限元模拟计算， 提取得到既有正交盾构隧道竖向位移曲线z＝ f(x)和水平位移曲线y＝f(x)； S3： 进行第二阶段三维精细化有限元建模， 即对正交盾构隧道采用精细化建模； S4： 进行第二阶段三维精细化有限元建模， 即对正交盾构隧道采用精细化建模； S5： 进行第二阶段三维有限元计算， 得到既有正交盾构隧道管片、 螺栓以及接缝在盾构 开挖面失稳 下的物理力学响应规 律。 2.根据权利要求1所述的一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方法， 其特征在 于， 所述S1中既有正交盾构隧道采用梁单元进 行模拟， 嵌入土体单元中， 跟土体单元间满足 位移协调关系。 盾构开挖面 通过改变位移约束， 来模拟盾构开挖面失稳。 3.根据权利要求1所述的一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方法， 其特征在 于， 所述S3中管片和螺栓均按照实体单元进行建模， 管片与管片之间的连接通过螺栓嵌入 管片单元来进行模拟， 同时管片与管片之间设置 接触面。 4.根据权利要求3所述的一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方法， 其特征在 于， 所述S 3中接触面法向设置为只受压不受拉， 接触面切向设置为摩 擦接触， 管片与土体之 间的相互作用采用土弹簧进行模拟， 土弹簧设置为只受压不受拉。 5.根据权利要求1所述的一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方法， 其特征在 于， 所述S4中将隧道每一个划分单元 的变形耦合在其对应圆心位置， 将竖向位移曲线和水 平位移曲线通过施加位移约束的方式施加在由对应圆心组成的圆心线上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115168951 A 2一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及模拟正交盾 构隧道开挖面领域， 尤其涉及一种正交盾构隧道细部结构 影响的数值计算方法。 背景技术 [0002]盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法， 它是将盾构机械在地中推进， 通过盾构 外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌， 同时在开挖面前方用切削装 置进行土体开挖， 通过出土机械运出洞外， 靠千斤顶在后部加压顶进， 并拼装预制混凝土管 片， 形成隧道结构的一种机 械化施工方法。 [0003]在模拟盾 构开挖面失稳对既有正交盾 构隧道细部结构影响中， 如果采用一次性建 模的三维有限元计算方法， 因为要模拟盾构隧道细部结构， 会造成模型实体数量和单元数 量庞大， 从而引发计算时间超长或计算不收敛等多种问题。 因此提出一种正交盾构隧道细 部结构影响的数值计算方法。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方法， 解决了 现有的模拟盾构开挖面失稳对既有正交盾构隧道细部结构 影响中， 易引发计算时间超长或 计算不收敛等多种问题的问题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种正交盾构隧道细部结构影响的 数值计算方法， 包括以下步骤： [0006]S1： 根据背景资料， 建立第一阶段三维有限元模型； [0007]S2： 进行第一阶段三维有限元模拟计算， 提取得到既有正交盾构隧道竖向位移曲 线z＝f(x)和水平位移曲线y＝f(x)； [0008]S3： 进行第二阶段三维精细化有限元建模， 即对正交盾构隧道采用精细化建模； [0009]S4： 进行第二阶段三维精细化有限元建模， 即对正交盾构隧道采用精细化建模； [0010]S5： 进行第二阶段三维有限元计算， 得到既有正交盾构隧道管片、 螺栓以及接缝在 盾构开挖面失稳 下的物理力学响应规 律。 [0011]优选的， 所述S1中既有正交盾构隧道采用梁单元进行模拟， 嵌入土体单元中， 跟土 体单元间满足位移 协调关系。 盾构开挖面 通过改变位移约束， 来模拟盾构开挖面失稳。 [0012]优选的， 所述S3中管片和螺栓均按照实体单元进行建模， 管片与管片之间的连接 通过螺栓嵌入管片单 元来进行模拟， 同时管片与管片之间设置 接触面。 [0013]优选的， 所述S3中接触面法向设置为只受压不 受拉， 接触面切向设置为摩擦接触， 管片与土体之间的相互作用采用土弹簧进行模拟， 土弹簧设置为只受压不受拉。 [0014]优选的， 所述S4中将隧道每一个划 分单元的变形耦合在其对应圆心位置， 将竖向 位移曲线和水平位移曲线通过施加位移约束的方式施加在由对应圆心组成的圆心线上。 [0015]与相关技术相比较， 本发明提供的一种正交盾构隧道细部结构影响的数值计算方说　明　书 1/2 页 3 CN 115168951 A 3