(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111435886.9 (22)申请日 2021.11.29 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114117799 A (43)申请公布日 2022.03.01 (73)专利权人 中国电建集团贵阳勘测设计 研究 院有限公司 地址 550081 贵州省贵阳市观山湖区兴黔 路16号 专利权人 贵州大学　 中国水电顾问集团贵阳勘测设计 研究院岩土 工程有限公司 (72)发明人 张毅　王海诚　李超　杨俊元　 严浩　李强　陈莎莎　(74)专利代理 机构 北京联创佳为专利事务所 (普通合伙) 11362 专利代理师 石诚 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 111914373 A,2020.1 1.10 CN 113361118 A,2021.09.07 陈孝湘等.大口径三维曲线顶管顶力估算及 实测分析. 《岩土力学》 .2015, 魏纲等.长距离顶管 管道的失稳分析. 《岩石 力学与工程学报》 .20 05,(第08期), 审查员 伯梅 (54)发明名称 一种微曲线岩石顶管顶力计算力学模型 (57)摘要 本发明公开了一种微曲线岩石顶管顶力计 算力学模型， 现假定0#管节的曲线顶力为F0,则 在弯曲区域 内与之相邻的1#管节的顶力为： F1＝ F0+(F0·μ1·sinβ)+(Pw·u·L)·μ2(1)对于 第二根管道， 其顶力可以写成如下形式： F2＝F1+ (F1·μ1·sinβ)+(Pw·u·L)·μ2(2)将式(1) 代入式(2)可得： 而对于第三根管道， 易得其顶力表达式为： F3＝ F0(1+μ1sinβ)3+3(Pw·u·L)·μ2(4)因此， 发 生微偏转的第n根管节的顶力表达式为： Fn＝F0 (1+μ1sinβ)n+n(Pw·u·L)·μ2(5)。 本发明的 模型可以解释微曲线顶管的受力状态， 给出顶管 顶力增加的非线性规律， 通过本发 明可以计算任 意一根微曲线顶管管端顶力大小。 由于采用考虑 实际微曲线顶管受力特性的独特计算方法， 使本发明可以具备更精确计算岩石顶管微曲线状态 顶力的优点。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114117799 B 2022.12.06 CN 114117799 B 1.一种微曲线岩石顶管顶力计算力学模型， 其特征在于： 现假定0#管节的曲线顶力为 F0,则在弯曲区域内与之相邻的1#管节的顶力为： F1＝F0+(F0·μ1·sinβ )+(Pw·u·L)·μ2    (1) 对于第二 根管道， 其顶力可以写成如下 形式： F2＝F1+(F1·μ1·sinβ )+(Pw·u·L)·μ2    (2) 将式(1)代入式(2)可 得： F2＝[F0+(F0·μ1·sinβ )+(Pw·u·L)·μ2] +[F0(1+ μ1sinβ )+(Pw·u·L)·μ2]·μ1sinβ +(Pw·u·L)·μ2   (3) ＝F0(1+ μ1sinβ )2+2(Pw·u·L)·μ2 而对于第三 根管道， 易得其顶力表达式为： F3＝F0(1+ μ1sinβ )3+3(Pw·u·L)·μ2    (4) 因此， 发生 微偏转的第n 根管节的顶力表达式为： Fn＝F0(1+ μ1sinβ )n+n(Pw·u·L)·μ2    (5) 式中F0表示初始顶力； u表示管道周围泥浆压力有效区域的长度； μ1表示顶管与围岩的 动摩擦系数； μ2表示顶管与泥浆的动摩擦系数； Pw表示泥浆压力； L为 单根管节长度； β 为0#管 节与1#管节之间的偏差角。 2.根据权利要求1所述的微曲线岩石顶管顶力计算力学模型， 其特 征在于： 所述 n≤40。 3.根据权利要求2所述的微曲线岩石顶管顶力计算力学模型， 其特征在于： 至多每40根 管道为一个监测区域， β 为 一个监测区域中的最大偏差角。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114117799 B 2一种微曲线岩石顶管顶力计算力学模型 技术领域 [0001]本发明涉及一种微曲线岩石顶管顶力计算力学模型， 属于顶管工程 技术领域。 背景技术 [0002]在理想状态下直线顶管的移动严格沿着管节轴心线前进， 顶管端部的顶力分布形 态应为均布荷载； 但实际施工中因超长距离顶管 的顶进长度远远超出顶管管径， 故在顶力 作用下顶管受力会产生细长压杆问题， 导致出现轴线偏差。 即使在各类高精度光学和电子 纠偏系统的联合辅助下轴线偏离问题仍无法有效避免。 [0003]当沿顶管前进方向出现较大转弯半径时的顶管施工技术被称为曲线顶管。 目前国 内外学者已对曲线顶管的顶力 传递特征开展了大量理论研究与现场验证。 曲线顶管在施工 时， 顶力计算与顶管的转弯半径、 相 邻管节接头的张开角、 管周土体接触抗力、 管 ‑土接触条 件等因素相关。 [0004]微曲线顶管正是介于直线顶管与曲线顶管一种特殊状态， 也是反映所谓的直线岩 石顶管的真实状态。 而针对微曲线状态下岩石顶管顶力计算的研究少有报道。 发明内容 [0005]本发明的目的在于， 提供一种微曲线岩石顶管顶力计算力学模型。 依托重庆观景 口顶管隧洞工程现场的相关监测数据， 从微 曲线顶管 的受力状态进行分析， 推导出微 曲线 顶管顶力计算模型并进行验证， 为岩石顶管工程 服务 [0006]本发明的技术方案： 一种微曲线岩石顶管顶力计算力学模型， 现假定0#管节的曲 线顶力为F0,则在弯曲区域内与之相邻的1#管节的顶力为： [0007]F1＝F0+(F0·μ1·sinβ )+(Pw·u·L)·μ2    (1) [0008]对于第二 根管道， 其顶力可以写成如下 形式： [0009]F2＝F1+(F1·μ1·sinβ )+(Pw·u·L)·μ2    (2) [0010]将式(1)代入式(2)可 得： [0011] [0012]而对于第三 根管道， 易得其顶力表达式为： [0013]F3＝F0(1+ μ1sinβ )3+3(Pw·u·L)·μ2    (4) [0014]因此， 发生 微偏转的第n 根管节的顶力表达式为： [0015]Fn＝F0(1+ μ1sinβ )n+n(Pw·u·L)·μ2    (5) [0016]式中F0表示初始顶力； u表示管道周围泥浆压力有效区域的长度； μ1表示顶管与围 岩的动摩擦系数； μ2表示顶管与泥浆的动摩擦系数； Pw表示泥浆压力； L为 单根管节长度； β 为说　明　书 1/3 页 3 CN 114117799 B 3