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龙图腾网获悉浙大城市学院申请的专利一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114810086B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-09发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210442416.3，技术领域涉及：E21D3/00；该发明授权一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法是由魏新江;鲁梁梁;王霄;闫自海;丁智;严佳佳设计研发完成，并于2022-04-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，所述方法确定特殊段管片结构的竖向荷载和侧向荷载；基于特殊段管片环结构为二次超静定结构，建立弹性中心处的位移协调方程，采用弹性中心法对特殊段管片环的内力进行分析；将特殊段管片环结构的开口处管片近似为曲形薄板，分析特殊段管片结构的受力情况，对侧向荷载的内力计算进行修正；计算特殊段管片结构在竖向荷载作用下的内力；将侧向荷载和竖向荷载作用下的管片环内力进行叠加，即可得到最终特殊段管片的内力。本发明提出的计算方法简单，适用性较强，考虑了朝上盾构法施工引起的特殊荷载及施工开口影响。

本发明授权一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法在权利要求书中公布了：1.一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤： 步骤1：确定特殊段管片结构的竖向荷载和侧向荷载；特殊段管片结构的竖向荷载包括自重g及其对应的第一地基反力pg、竖向水土压力q1及其对应的第二地基反力p1、竖向开挖引起的土体卸载q2及其对应的第三地基反力p2、顶升反力P及其对应的第四地基反力pp； 步骤2：基于特殊段管片环结构为二次超静定结构，建立弹性中心处的位移协调方程，采用弹性中心法对特殊段管片环的内力进行分析； 步骤3：将特殊段管片环结构的开口处管片近似为曲形薄板，分析特殊段管片结构的受力情况，计算三角分布侧向水土压力、均布侧向水土压力和地层抗力，对侧向荷载的内力计算进行修正； 其中，三角分布侧向水土压力q3的计算过程具体为： 首先，针对三角分布侧向水土压力引起环开口点的轴力进行计算；完整圆环在三角分布侧向水土压力作用下轴力计算公式为： 式中：Nq3t为完整圆环在三角分布侧向水土压力作用下的轴力；q3为三角分布侧向水土压力；Rc为水平盾构隧道的计算半径； 引入开口管片轴力修正系数λ，其值为开口内径与曲形薄板弧长s的比值；引入开口管片轴力修正系数λ后开口引起轴力损失值Nq3c按下式计算： 式中：Nq3c为三角分布侧向水土压力作用下引入开口管片轴力修正系数λ后因开口损失的轴力； 故环开口点考虑开口影响后由三角分布侧向水土压力引起轴力按以下公式计算： Nq3＝Nq3t-Nq3c 式中：Nq3为考虑开口影响后由三角分布侧向水土压力引起环开口点的轴力； 其余点在三角分布侧向水土压力作用下轴力计算公式为： 式中：N'q3为考虑开口影响后由三角分布侧向水土压力引起其余点的轴力； 当0≤θ≤π时，引入开口管片弯矩影响系数μ后，在三角分布侧向水土压力作用下开口管片环的弯矩计算公式为： 式中：Mq3为考虑开口影响后由三角分布侧向水土压力引起开口管片环的弯矩； 其中，均布侧向水土压力q4的计算过程具体为： 首先，针对均布侧向水土压力引起环开口点的轴力进行计算；完整圆环在均布侧向水土压力作用下轴力计算公式为： Nq4t＝q4Rccos2θ 式中：Nq4t为完整圆环在均布侧向水土压力作用下的轴力；q4为均布侧向水土压力； 轴力的损失为： 式中：Nq4c为在均布侧向水土压力作用下因开口损失的轴力； 故环开口点考虑开口影响后由均布侧向水土压力引起的轴力按以下公式计算： Nq4＝Nq4t-Nq4c 式中：Nq4为考虑开口影响后由均布侧向水土压力引起A2点的轴力； 而其余点引入开口管片轴力修正系数λ后，在均布侧向水土压力作用下开口管片环的轴力计算公式为： N'q4＝λq3Rccos2θ 式中：N'q4为考虑开口影响后由均布侧向水土压力引起其余点的轴力； 当0≤θ≤π时，引入开口管片弯矩影响系数μ后，在均布侧向水土压力作用下弯矩计算公式为： 式中：Mq4为考虑开口影响后由均布侧向水土压力引起开口管片环的弯矩； 地层抗力qr的计算过程具体为： 根据修正惯用法中对管片环水平直径点处水平方向位移的计算，同时结合荷载系统，朝上盾构法施工中特殊段管片环水平直径点处水平方向位移计算公式为： 式中：p1、p2、pp分别为竖向水土压力对应的地基反力、竖向开挖引起土体卸载对应的地基反力、顶升反力对应的地基反力；g为水平盾构管片自重；k为地层弹性基床系数；η是弯矩调整系数；EI为单位宽度的抗弯刚度；δ管片环水平直径点的水平方向位移； 针对地层抗力引起环开口点的轴力进行计算；完整圆环在地层抗力作用下轴力计算公式为： Nqrt＝0.3536cosθkδRc 式中：Nqrt为完整圆环在地层抗力作用下的轴力； 轴力的损失： 式中：Nqrc为在地层抗力作用下因开口损失的轴力； 故A2点考虑开口影响后由地层抗力引起的轴力可按以下公式计算： Nqr＝Nqrt-Nqrc 式中：Nqr为考虑开口影响后由地层抗力引起环开口点的轴力； 当π12θπ4时，其余点引入开口管片轴力修正系数λ后，由地层抗力引起的轴力计算公式为： N'qr＝0.3536λcosθkδRc 式中：N'qr为考虑开口影响后由地层抗力引起其余点的轴力； 当π4≤θ≤π2时，引入开口管片轴力修正系数λ后，由地层抗力引起的轴力计算公式为： N'qr＝-0.7071cosθ+cos2θ+0.7071sin2θcosθλkδRc 当0≤θπ4时，引入开口管片弯矩影响系数μ后，由地层抗力引起的弯矩计算公式为： Mqr＝1+μ0.2346-0.3536cosθkδRc 2 式中：Mqr为考虑开口影响后由地层抗力引起开口管片环的弯矩； 当π4≤θ≤π2时，引入开口管片弯矩影响系数μ后，由地层抗力引起的弯矩计算公式为： Mqr＝1+μ-0.3487+0.5sin2θ+0.2357cos3θkδRc 2 步骤4：计算特殊段管片结构在竖向荷载作用下的内力；所述竖向荷载包括竖向开挖土体卸载及地基反力、顶升反力及地基反力； 所述步骤4具体为： 环开口点和拱底处点的轴力和弯矩计算公式如下： NPA＝0.00467PRc MPA＝0.00232PRc 2 NPB＝0 MPB＝0.05531PRc 2 式中：NPA、MPA、NPB、MPB分别为在顶升反力及地基反力作用下环开口点和拱底处点的轴力和弯矩； 竖向荷载引起其余点的轴力Ng、Nq1、Nq2、NP为： Nq1＝q1Rcsin2θ Nq2＝-q2Rcsin2θ NP＝-PRcsin2θ 式中：Ng、Nq1、Nq2分别为自重及地基反力、竖向水土压力及地基反力、竖向开挖土体卸载及地基反力引起的轴力；NP为顶升反力及地基反力引起其余点的轴力；P为顶升反力； 此外，竖向荷载引起其余点的弯矩Mg、Mq1、Mq2、MP为： 式中：Mg、Mq1、Mq2分别为自重及地基反力、竖向水土压力及地基反力、竖向开挖土体卸载及地基反力引起的弯矩；MP为顶升反力及地基反力引起其余的弯矩； 步骤5：将侧向荷载和竖向荷载作用下的管片环内力进行叠加，即可得到最终特殊段管片的内力。

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