盾构穿越上软下硬复合地层时的管片力学特性

发布时间：2021-02-05 07:27

　　鉴于当前采用盾构法修建地下铁道时常常需穿越复合地层,而针对复合地层中衬砌圆环的荷载计算尚未建立统一可靠的荷载体系的情况,通过分析传统梁-弹簧法荷载体系在复合地层中存在的缺陷,提出一种适用于该类地层的修正梁-弹簧法荷载体系。以长沙地铁5号线木莲冲路站—雨花广场站和劳动东路站—华雅站区间复合地层断面为工程背景,采用有限元软件对比分析传统梁弹簧法和修正梁弹簧法荷载体系下管片变形及力学特性。结合现场实测结果,验证修正梁弹簧法的可靠性。研究结果表明:在上软下硬地层中,隧底的竖向位移较小。与传统梁弹簧荷载体系相比,修正梁荷载体系所得隧底管片弯矩方向与传统法所得隧底管片弯矩方向普遍呈现出内侧受拉的情况,而外侧受压的情况则相反,且数值上相应减小。针对上软下硬复合地层要着重验算隧底管片外侧钢筋强度和螺栓抗剪强度,必要时适当调整隧底管片的配筋设计,为此类地层中修建盾构隧道提供参考。 

【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(05)北大核心

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

传统梁-弹簧法荷载体系

将衬砌环水平围岩压力按均布荷载进行简化。上、下2层土物理性质存在差异，侧向土压力在软硬分界处存在突变，目前，人们对该处实际土压力的计算存在争议。本文倾向于按照朗肯主动土压力公式对土压力进行计算，即式中：qe3为软土侧的侧向主动土压力；qe4为硬土侧的侧向主动土压力；qe5为隧底侧向主动土压力；P2为地面至软硬土层交界处的上覆土压力；P3为地面至隧底中心线的上覆土压力；φ软和φ硬分别为软土和硬土的内摩擦角；c软和c硬分别为软土和硬土的黏聚力。

经验证，式(11)能够较好地表征软硬土层分界线在隧道中心线上方的情况。当θ逐渐增大时，P4逐渐减小，结构的大部分位于硬土范围内，此时，由于周围土体稳定性较好，隧道拱底产生的主动土压力减小，这与实际情况相符。但当软硬土层分界线在隧道中心线下方时，P4仍然随着θ的增大而减小，这与实际情况不完全符合。本文将软硬土层分界线位于隧道水平中心线以下时的工况命名为工况Ⅱ，如图4所示。图4 工况Ⅱ示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]复合地层盾构隧道围岩压力计算方法研究[J]. 肖明清,封坤,李策,孙文昊.  岩石力学与工程学报. 2019(09)
[2]上软下硬复合地层盾构隧道设计施工难点及对策研究[J]. 张亚洲,温竹茵,由广明,刘念.  隧道建设(中英文). 2019(04)
[3]上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准研究[J]. 吴波,王鸣涛,黄惟.  现代隧道技术. 2019(01)
[4]盾构隧道新型衬砌结构受力性能与设计参数[J]. 张雨蒙,张姣龙,曹伟飚,柳献.  现代隧道技术. 2018(05)
[5]盾构隧道双层衬砌结构三维力学分析模型及验证[J]. 梁敏飞,张哲,李策,王士民,杨赛舟,何川.  岩土工程学报. 2019(05)
[6]基于ANSYS的地铁明挖隧道衬砌结构设计与力学分析[J]. 罗崇亮,方智淳,李鹏刚.  现代交通技术. 2018(04)
[7]上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究[J]. 武科,张文,吴昊天,王亚军,于雅琳.  现代隧道技术. 2017(06)
[8]土压平衡盾构掘进对上软下硬地层扰动研究[J]. 王俊,何川,胡瑞青,代光辉,王士民.  岩石力学与工程学报. 2017(04)
[9]盾构隧道穿越上软下硬地层施工力学特性分析[J]. 何祥凡,申兴柱,王帆,姚佳兵.  铁道标准设计. 2017(02)
[10]盾构隧道管片内力特性分析和管片配筋设计[J]. 邱培,李守巨,上官子昌.  辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2016(10)



本文编号：3019252