技术摘要：
一种盾构隧道疲劳寿命预测方法，本发明涉及盾构隧道测量技术领域，建立车辆‑轨道耦合动力学模型，通过理论分析计算轮轨耦合接触时的地铁列车荷载；采用有限元方法构建盾构隧道三维有限元模型进行隧道动力响应分析，计算列车荷载作用下的盾构隧道结构应力时程曲线；结  全部
背景技术：
近年来，随着我国城市地下空间的不断开发和利用，城市轨道交通系统发展成复 杂线网，新建隧道与既有地下隧道接近从而形成双线或多线交叠的复杂岩土工程问题日益 突出。然而空间交叠隧道在运营期，列车同时运行产生的振动荷载在土中传播时存在叠加 放大效应。对于隧道结构而言，交叠线路的振动激励放大，使得隧道结构承受额外动荷载， 加剧其疲劳损伤，威胁其百年服役寿命。 针对上述问题，国内外学者利用模型试验、理论分析、数值模拟等方法开展了深入 细致的研究，但这些研究着重在于改变新建交叠隧道的设计参数对既有隧道稳定性的影 响，以减少和优化对既有隧道寿命的损害，对于实际交叠隧道在运营期间的疲劳寿命仍无 法给出一个预测值。因此交叠隧道在运营期间的疲劳寿命预测在工程领域问题中，亟待解 决。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的盾构隧道疲 劳寿命预测方法，采用动力响应计算以及疲劳累积损伤准则结合的方式，计算精度高，对隧 道运营期疲劳寿命预测有着重要的意义。 为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它的步骤如下： 步骤一、建立车辆-轨道耦合动力学模型，通过理论分析计算轮轨耦合接触时的地 铁列车荷载； 步骤二、采用有限元方法构建盾构隧道三维有限元模型进行隧道动力响应分析， 计算列车荷载作用下的盾构隧道结构应力时程曲线； 步骤三、结合疲劳累积损伤准则，预测盾构隧道不同结构部位的疲劳寿命，疲劳寿 命的计算公式为： 式中，Tmin为疲劳寿命年限最小值；Nfmin为材料疲劳特性代表值最小值。 进一步地，所述的步骤一中，动力学模型为消除边界效应，提高计算精度，模型长 度方向的长度取为隧道直径的8～10倍，并根据现场实际情况确定模型材料参数。 进一步地，所述的步骤一中，通过理论分析计算轮轨耦合接触时的地铁列车荷载， 将车辆-轨道耦合系统分解为上部列车子系统和下部轨道子系统，运用交叉迭代算法对两 个子系统分别求解，有限元方程的求解采用NewMark数值积分法，两个子系统通过位移协调 和轮轨作用力的平衡条件联系，采用赫兹非线性接触公式计算轮轨接触时的轮轨力，计算 公式为： 4 CN 111597617 A 说　明　书 2/4 页 式中，Fuli为轮轨耦合接触时的轮轨力；G为挠度系数；νωi为第i个车轮的位移；νlci 和ηi分别为第i个轮轨接触处的钢轨位移和轨道不平顺值。 进一步地，所述的步骤二中，采用有限元方法构建盾构隧道三维有限元模型进行 隧道动力响应分析，动力响应评价指标选取主应力来评价隧道结构振动响应，运营期管片 结构主应力限值参照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，对列车重复荷 载作用下混凝土衬砌结构的拉、压主应力作如下规定： σct≤0.7fct σc≤0.55fc 式中，σct为混凝土管片结构拉应力；fct为混凝土管片抗拉极限强度；σc为混凝土管 片结构压应力；fc为混凝土抗压极限强度。 进一步地，所述的步骤三中，疲劳累计损伤准则如下：结构或构件在循环荷载作用 下，产生的疲劳损伤是线性叠加的，不同应力水平之间互不相关并且相互独立，当累积得到 的损伤达到某一数值时，试件或者构件就发生疲劳破坏。 进一步地，所述的步骤三中，结合疲劳累积损伤准则，根据材料的疲劳S-N曲线，运 用雨流计数方法，结合材料的疲劳寿命方程预测结构危险部位的疲劳寿命。 进一步地，所述的材料的疲劳S-N曲线是选择潮湿环境下材料的疲劳试验得到的 考虑最大应力水平与最小应力水平的疲劳寿命曲线来拟合的，计算公式为： 式中，N为材料的疲劳特性代表值；σmax为最大应力值；σmin最小应力值；f为材料极 限强度。 采用上述方法后，本发明的有益效果是：本发明提供了一种盾构隧道疲劳寿命预 测方法，采用动力响应计算以及疲劳累积损伤准则结合的方式，计算精度高，对隧道运营期 疲劳寿命预测有着重要的意义。 附图说明： 图1是本发明的流程图. 图2是本发明中盾构隧道平面示意图。 图3是本发明中盾构隧道剖面示意图。 图4是本发明中盾构隧道有限元模型图。 图5是本发明中循环荷载作用下轮轨力示意图。 图6是本发明中最大主应力时程曲线示意图。 附图标记说明： 上部隧道区段A、下穿隧道区段B、人工边界C。 5 CN 111597617 A 说　明　书 3/4 页