(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 202111666069.4 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中铁十五局集团有限公司 地址 200040 上海市 静安区共和新路6 66号 6楼 (72)发明人 李少华　黄昌富　姚铁军　赵中华　 栾焕强　田国文　张帆舸　岳粹洲　 (74)专利代理 机构 上海申蒙商标专利代理有限 公司 31214 专利代理师 黄明凯 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 17/12(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种TBM变坡施工间隙引起地层应力增量的 预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种TBM变坡施工间隙引起地 层应力增量的预测方法， 预测方法包括以下步 骤： TBM沿大坡度施工路径掘进开挖隧道， 基于三 维源汇法理论， 得到半无限体内单位体积空隙引 起的空间任一点应力增量解答； 建立大坡度隧道 的三维空间模型， 结合大坡度隧道的施工路径， 确定TBM在掘进中产生的地层损失百分率， 得到 大坡度隧道的实际施工间隙； 对 单位体积空隙在 大坡度隧道的实际施工间隙的体积域内进行积 分运算， 得到由大坡度隧道的实际施工间隙导致 的地层应力增量。 本发明的优点是： 适用于土体 损失间隙为三维空间工况， 以沿大坡度路径掘进 为例， 地层损失百分率为随埋深而变化的非定 值， 可准确计算三维施工间隙导致周围地层应力 场的变化。 权利要求书4页 说明书8页 附图1页 CN 114491969 A 2022.05.13 CN 114491969 A 1.一种TBM变坡施工间 隙引起地层应力增量的预测方法， 其特征在于， 所述预测方法包 括以下步骤： (S1)TBM沿大坡度施工路径掘进开挖隧道， 基于三维源汇法理论， 得到半无限体内单位 体积空隙引起的空间任一 点应力增量 解答； (S2)建立大坡度隧道的三维空间模型， 结合所述大坡度隧道的施工路径， 确定所述TBM 在掘进中产生的地层损失百分率， 得到所述大坡度隧道的实际施工间隙； (S3)对所述单位体积空隙在所述大坡度隧道 的实际施工间隙的体积域内进行积分运 算， 得到由所述大坡度隧道的实际施工间隙导 致的地层应力增量。 2.如权利要求1所述的一种 TBM变坡施工间 隙引起地层应力增量的预测方法， 其特征在 于， 步骤S1包括以下步骤： 建立三维直角坐标系， 所述三维直角坐标系中的坐标原点O、 x轴、 y轴均位于地表， z轴 竖直向下； 土体是以地表为边界， 只包含其下部分的半无限体， 假设土体是无边界的无限体， 在无 限体内点F(x0,y0,z0)处的单位体积空隙引起点P(x,y,z)处沿坐标轴x、 y、 z方向的位移分 量： 式中： r1＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z‑z0)2]1/2； 点F(x0,y0,z0)的镜像位置处设有点F ′(x0,y0,–z0)， 点F′(x0,y0,–z0)处的单位体积空隙 引起点P(x,y,z)处沿坐标轴x、 y、 z方向的位移分量： 式中： r2＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z+z0)2]1/2； 基于弹性力学基本方程， 获得 所述单位体积空隙产生的应 变及应力解 答： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114491969 A 2式中： G为地层剪切模量； μ为 地层泊松比； 所述单位体积空隙产生沿x轴 、 y轴、 z轴方向的应力： 将所述单位体积空隙在地表产 生的剪应力反方向作用于地表， 求得点P(x,y,z)产生的 应力分量： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114491969 A 3