TBM隧洞新型平行四边形管片衬砌结构受力特性研究

发布时间：2021-11-23 08:33

　　在TBM输水隧洞衬砌管片拼装过程中,管片结构形式对于施工效率及难度的影响显著。作为一种新型管片,平行四边形管片能使衬砌达到自然错缝的效果,保证施工进度;但由于管片间接缝与隧洞轴线存在楔角,在拼装过程中可能承受较大压力,进而导致管片损坏。因此,考虑在单护盾模式下衬砌拼装过程中增加千斤顶推力,建立三维地层-衬砌数值模型,分析平行四边形管片的受力特点。研究发现,管片接缝附近应力集中,且应力值较大;接缝开度和压力与管片所承受千斤顶推力以及接缝位置有关。将接缝面分为P面和A面（P面为与其同一管片上千斤顶推力作用面夹角为锐角的接缝面,A面为夹角为钝角的接缝面）。对于同一接缝,当A面所属管片千斤顶压力与P面所属管片千斤顶压力之比不大时（P面承受千斤顶推力）,接缝靠近千斤顶一端闭合,远离一端张开;当P面所属管片没有承受千斤顶推力、A面所属管片承受千斤顶推力时,接缝靠近千斤顶一端张开,远离一端闭合。 

【文章来源】：武汉大学学报(工学版). 2020,53(06)北大核心CSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

不同衬砌管片平面展开图

根据相关参数建立数值计算模型，如图2所示。开挖洞径5.49 m，衬砌内径4.6 m，外径5.2 m，隧洞四周围岩范围约为5倍洞径。模型顶部为自由边界，承受上覆岩体压力，其他边界施加法向位移约束。模型沿洞轴线方向4.5 m，为三环管片长度，管片衬砌结构详见图3，沿Y轴正向将三环管片依次编号为CQ-1、CQ-2和CQ-3。每环衬砌由6片平行四边形管片拼装而成，管片之间用环向螺栓进行连接；衬砌环间采用纵向螺栓进行定位。衬砌平面展开图见图4，每环管片编号为A、B、C、D、E和F，管片之间接缝编号依次为J1～J6，环向螺栓从衬砌顶部依次编号为(1)～(12)，纵向螺栓依次编号为1～12。2.2 施工期方案

根据工程实际资料，在单护盾脱困模式下，千斤顶总推力为29.76 MN，油缸布置见图5，共计30个，正向推进时总推力均匀作用在每根油缸上，每根油缸上力约为0.99 MN，荷载施加方式称为方案1。当隧洞需要转向或上扬/下行时，千斤顶需要施加偏心推力，本文选取左转弯（施加右偏心力）和上扬（施加下偏心力）两种方案进行分析，分别称为方案2和3。方案2中，衬砌左端管片B和C上推力为0，底部和顶部管片上分别施加4.96 MN的力，右端管片E和F上分别施加9.92 MN的力，各管片上假定推力为均匀施加；方案3中，衬砌顶部管片D上推力为0，两侧腰部管片C和E上推力为3.5 MN，管片B和F上推力为6.5 MN，底部管片A上推力为9.76 MN，各管片上推力假定为均匀施加。所有方案均保证衬砌管片的千斤顶推力合力为29.76 MN，相关信息见表3。图4 衬砌平面展开图

【参考文献】：
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本文编号：3513511