大直径泥质粉砂岩盾构隧道负环管片拆除时机判断

发布时间：2021-11-06 05:44

　　依托广州地铁18号线沙溪站～石榴岗站区间风化泥质粉砂岩地层盾构始发工程,基于有限元理论研究负环管片的拆除时机及其影响因素。结果表明:掘进距离达123m,即管片环数达77环时,盾构推力对负环管片的影响很小,此时拆除负环管片是安全的;随着摩擦系数、隧道埋深和管片外径增加,满足拆除负环管片的最小掘进距离呈指数关系减小,且这三个因素的影响随参数值的增大逐渐减弱;负环管片拆除时机主要与零环管片轴向位移和管片摩擦力有关,实际工程中需要综合考虑上述两方面因素判断负环管片的拆除时机。 

【文章来源】：建筑结构. 2020,50(S1)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

土层信息和管片分块示意图

采用通用有限元程序ABAQUS建立考虑实际地层分布的三维有限元模型，模型尺寸高50m、宽50m、长100m，隧道埋深为20m。模型底部约束X、Y、Z三个方向的位移，左右两侧约束X方向位移，隧道轴向约束Y方向位移，但不约束管片。根据施工资料，在盾构隧道掘进前方(即掌子面处)对管片施加8000kPa的面力模拟盾构顶推力。围岩与管片均采用三维实体单元（C3D8）。衬砌管片与围岩法向采用硬接触，切向采用罚函数接触，摩擦系数为0.5。计算模型以及网格划分如图2所示。根据工程地勘报告，地层由地表至基岩分别为素填土、粉质黏土、淤泥质土、强风化淤泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩，地层力学行为符合Mohr-Coulomb准则，管片采用弹性本构。地层和衬砌的力学参数如表1所示。

图3(a)为管片轴向水平位移云图（以掘进100m为例）。提取各工况下管片轴向水平位移值如图3(b)所示。由图可知：不同工况下，各管片轴向水平位移沿隧道轴向变化规律一致，掌子面附近管片位移最大，位移沿轴向逐渐减小，且减小的幅度随离掌子面距离的增加不断降低，最后在隧道进洞位置的零环管片（简称零环管片）出现小幅增长，这是边界效应造成的；掘进50m时，管片的位移明显远高于其他工况，管片受盾构推力的影响较大；随一次掘进距离从50m增至150m，掌子面处管片的位移从5.73mm不断减小，最后稳定在4.56mm左右，这是因为靠近掌子面处的盾构推力较大，导致管片位移较大；而零环管片处位移从2.88 mm不断减小至0.67mm，且有趋于稳定的趋势，说明隧道长度达到一定距离后，盾构推力对零环管片影响逐渐减小。3.2 管片轴向摩擦力

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3479279