(19)中华 人民共和国 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 202111446648.8 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 北京安捷工程咨询有限公司 地址 100050 北京市西城区珠市口西大街 105号8幢二层202室 (72)发明人 米保伟　张强　吕培印　鲁棣源　 王术明　 (74)专利代理 机构 北京知企鸿蒙专利代理事务 所(普通合伙) 11692 代理人 刘帅帅 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结 构安全评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于外部项目附加应力 的地铁隧道结构安全评估 方法， 所属方法包括以 下步骤： 根据外部作业项目荷载作用位置及与地 铁隧道结构 的空间位置关系， 采用角点法， 计算 隧道结构附加应力； 根据隧道勘察设计资料， 计 算隧道结构初始荷载； 建立外部作业项目附加应 力作用的隧道荷载 ‑结构模型。 本发明方法是将 外部作业项目荷载作用下对隧道结构产生的附 加应力施加到隧道荷载 ‑结构模型上， 通过结构 力学计算评估外部作业项目对隧道结构安全的 影响。 权利要求书3页 说明书7页 附图15页 CN 114357562 A 2022.04.15 CN 114357562 A 1.一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结构安全评估方法， 其特征在于： 所属方法 包括以下步骤： S1、 根据外部作业项目荷载作用位置及与地铁隧道结构的空间位置关系， 采用角点法， 计算隧道结构附加应力； S2、 根据隧道勘察设计资料， 计算隧道结构初始荷载； S3、 建立外部作 业项目附加应力作用的隧道荷载 ‑结构模型， 步骤如下:(1)建立几何模 型， (2)定义材 料参数， (3)划分网格， (4)设置边界条件， (5)设置分析类型； S4、 提取外部作业项目参数， 通过控制变量法， 设置计算工况， 按照S3步骤求解得到不 同作业项目参数 下的隧道结构变形、 应力； S5、 拟合外部作业单变量与隧道结构安全评估指标的一元回归方程， 外部作业项目多 变量和地铁结构安全指标的多元回归方程。 2.如权利要求1所述的一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结构安全评估方法， 其 特征在于： 上述步骤S1 中， (1)沿隧道轴向均分若干个计算单元， 每个计算单元的长度为di， 各个计算单元的附加应力取计算单 元中点对应的附加应力； (2)以U1计算点为例， 外部作业项目荷载pn对隧道拱顶轴线U1点产生的竖向附加应力σz (U1)： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357562 A 2(3)同理， 以V 1计算点为例， 外部作业项目荷载pn对隧道边墙轴线V 1点产生的水平附加 应力σx(V1)： 3.如权利要求2所述的一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结构安全评估方法， 其 特征在于： 上述 步骤S2中， 隧道 顶部竖向土 压力P1满足以下公式： P1＝γ'h； 其中， γ'为隧道深度范围内土层加权平均重度； h为隧道埋深； 隧道顶部侧向土 压力T1满足以下公式： T1＝ λDP1； 其中， λD为隧道穿越地层的侧压力系数； 隧道底部侧向土 压力T2满足以下公式： T2＝T1+λγDD； 其中， γD为隧道穿越地层的容重； D为隧道高度； 地层抗力S参 考地勘资料中地层基床系数确定 。 4.如权利要求3所述的一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结构安全评估方法， 其 特征在于： 上述步骤S3中， 采用CAD导入隧道二衬结构轮廓线， 通过二维平面拉伸方法得到 隧道二衬的三维几何模型， 模型x方向为隧道横向， z方向为隧道竖向， y方向为隧道轴向； 二衬采用混凝 土各向同性弹性模型， 赋予结构力学参数， 包括弹性模量、 泊松比、 容重； 二衬采用三维 实体单元， 采用混合网格生成器划分网格， 网格尺寸自行设置； 二衬与地层之间设置曲面弹簧， 法向刚度系数根据地层基床系数选取， 切向刚度系数 可取法向刚度系数的0.1倍， 设置为仅受压弹簧， 模型轴向两端设置y方向位移约束； 设置分析类型分为： 应力分析： 施加S2初始荷载和S1附加应力， 求解类型线性静力， 变 形分析： 施加S1附加应力， 求 解类型选择线性静力。 5.如权利要求4所述的一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结构安全评估方法， 其 特征在于： 上述步骤S4中， (1)隧道结构安全评估指标包括但不限于隧道竖向位移、 隧道水 平位移、 结构最大主应力、 结构最小 主应力、 隧道变形曲率； (2)隧道竖向位移、 隧道水平位移、 结构最大主应力、 结构最小主应力： 取变形云图、 应 力云图中绝对值 最大值； (3)隧道变形曲率半径： 提取模型中特征线竖向位移数据拟合公式， 对其求一阶导、 二 阶导， 计算曲率/曲率半径， 式中， f为沿着隧道纵向的竖向位移函数； δ 为曲率； ρ 为曲率半径。 6.如权利要求2所述的一种基于外部项目附加应力的地铁隧道结构安全评估方法， 其权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357562 A 3