盾构隧道设计与分析

盾构隧道设计与分析盾构隧道设计与分析1、盾构隧道衬砌内力分析方法（1）有限元法二维平面分析三维空间分析（2）荷载－结构法惯用法梁－弹簧模型梁－接头模型修正惯用法三维盾构隧道建模示意图二维盾构隧道建模示意图21DD非均质圆环均质圆环12/DD惯用法与修正惯用法概念图21MMMMM2/2M2/2M2/2M2/2M1M隧道纵断方向惯用计算法中的弯矩分配图knksk梁弹簧模型梁接头模型剪切弹簧径向接头错缝拼装环间加强作用的考虑2、程序中的名词解释管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓，本软件指预制的混凝土管片。衬砌：由管片通过螺栓连接而成，一环衬砌由几块管片构成。环向螺栓：为了构成衬砌环，连接管片用的螺栓，本软件以管片接头形式模拟螺栓的作用。纵向螺栓：衬砌环之间相互连接的螺栓，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片分布自重：容重乘以管片厚度。管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部分，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片材料：在本程序中，按平面应变问题取1米进行计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可以从混凝土设计规范上查得。管片宽度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。3、荷载假定与计算（1）荷载分类主荷载1、垂直和水平土压力2、水压力3、自重4、上覆荷载5、地基抗力附加荷载6、内部荷载7、施工荷载8、地震的影响特殊荷载9、平行配置隧道的影响10、邻近施工的影响11、其他日本盾构隧道规范的分类方法日本盾构隧道规范的分类方法（2）水土压力计算土柱理论（H2D）压力拱理论（太沙基，普氏）（H=2D）1010/tan0/tan011)1(tan)/(BHKBHKvepeKBcB)22/4/cot(01RB水压力计算cDwHwH+cD1)(2c1wP2wPwHwHcD1)(2ccD整体坐标系施加局部坐标系施加（3）自重cRWg211gπg修正惯用法对自重反力的假设g梁弹簧模型对自重反力的假设（4）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设45°45°maxpmaxpPmaxPmaxΦⅠⅡⅠⅡ地层弹簧法盾构隧道所处地层参数平均化多层地层参数的均一化约束弹簧采用单一刚度系数1k2k2k3k不同地层采用相应地层弹簧系数PgPg局部地层弹簧模式全周地层弹簧模式局部地层弹簧与全周地层弹簧nnnUKFsssUKFsKnK0nnUK0nnUK0nsUK0nsUK（5）、注浆荷载最大注浆压力注浆孔平均注浆压力注浆孔单孔注浆压力分布模式xy1p122p注浆孔整环注浆压力分布模式（6）、地震荷载21e21F22e21F21e22e拟静法（7）、荷载分布模式假设Px2Py3Px4Px1Py1Px3Py4Py2YXX向矩形分布y向梯形分布Py3Py1Py4Py2Px2Px4Px1Px3YXX，y向梯形分布Py1Py2Px1Px3Px4Px2Py3Py4XYX，y抛物线形分布Px2Px4Px1Py1Py4Py2Px3Py3YXX，y方向为矩形分布4、结构模拟（1）管片xYXjMjxjxjyjyiyyiMixixiyij直梁模型R1122N2Q2M1N1Q1M曲梁模型（2）接缝管片间接缝梁弹簧接头元接头元线性模式双线性模式非线性模式管片环间接缝地铁设计规范(GB50157-2003)第10.5.3规定：衬砌环间采用错缝拼装时，可按惯用法考虑由于纵向接头存在引起的匀质圆环刚度降低及环间接通过剪力传递所引起的断面与接头内力的重分配；或以二环为一个计算单元、块与块间设接头的回转弹簧、两环之间设径向剪切弹簧及切向弹簧的计算模式进行计算。`管片纵向螺栓剪切单元管片间接头（3）结构离散化螺栓角2纵向螺栓螺栓角1接头（4）管片拼装方式单圆和双圆盾构隧道都有通缝和错缝两种拼装模式。其中单圆错缝有A-B-A,A-B-C两种方式。而双圆错缝只有A-B-A一种方式。盾构隧道设计与分析算例演示1、工程概况盾构衬砌环，内径10.040m,外径11.000m,衬砌宽度1.0m,受到垂直压力p=226.3KN/m，顶部水平侧压力q1=90.5KN/m，底部水平侧压力q2=162.5KN/m，自重g=12.0KN/m，管片截面的计算参数如下：弹性模量E=3.5×107KPa，转动惯量I=9.216×10-3m4，面积A=0.48m2，地层反力系数为K=1.5×104KN/m3。mkNp/3.226R5.020mR5.500m11.250°5.625°y2、隧道施工全过程受力分析地址:上海市赤峰路65号同济大学科技园402邮编:200092电话:021-6597507065975069传真:[phone]联系人:周超