计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较论文

《计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、计算盾构施工过程中衬砌内力的两种方法比较论文【摘要】盾构隧道的建造是一个多步骤施工的过程，为了更好地分析衬砌的受力状况，采用地层—结构法和荷鞍—结构法从不同角度对施工过程加以模拟，并各有侧重。地层—结构法引进应力释放系数概念，依据结构与土相互作用的观点，对施工过程中影响隧道内力的因素进行分析，奉文还针对施工过程中注浆压力、注浆影响范围对衬砌内力产生的影响进行了讨论；同时，采用荷载—结构法.freel,r为单元的四个节点，s轴为单元局部坐标切向轴，n轴为单元局部坐标法向轴。不考虑切向和法向耦合作用，接触面应力和相对位移关系为：式中，σ为法向应力；t为剪应力；Ks为切向刚

2、度；kn为法向刚度；u为切向相对位移；v为法向相对位移。有限元计算中采用的接触面单元如图3所示。利用以上单元类型地层—结构法可以将结构和土体离散为图4所示的计算模型。荷载—结构法将结构和土体简化为如图5所示计算简图。3施工过程的模拟盾构隧道的施工过程包括正面土体开挖，管片拼装，盾构推进，壁后注浆等多道工序。依据此工序，本文采用的地层——结构法中将施工过程分为4个施工步，第一施工步挖土阶段，盾构开挖面压力与后方的支护压力以及盾构机与土层之间的摩擦力保持平衡。由于盾构机的刚性支护，周围土层的地应力释放系数很小，取为0．1。第二施工步衬砌施工完毕，由于开挖产生的释放荷载在此

3、阶段大部分释放，此时应力释放系数取为0．7。第三施工步注浆，在盾尾脱开后为了减少因孔隙引起的土体变形，从盾尾向衬砌外围进行注浆。为了达到预想的注浆效果，在压人口的压力为该点的静止土压力和水压力之和的1．1-1．2倍，尽量做到填补，应力释放系数取为，同时在结构和土体之间施加注浆压力，如图7所示。第四施工步注浆影响范围内土体的固结，改变图6中阴影部分(即为注浆影响范围)的土层材料性质，应力释放系数取为0．1，至此由于开挖产生的释放荷载全部释放。整个施工过程的模拟如图6所示。图6地层—结构法计算中对工况的模拟示意图荷载—一结构法中，需要定义施工荷载以模拟施工过程对管片内力的

4、影响。从管片组装开始，到盾尾孔隙中壁后注浆材料的硬化为止，作用在衬砌上的临时荷载称为施工荷载，主要有千斤顶推力，壁后注浆压力。对于单孔注浆压力可以采用图8所示的计算模式，其中注浆荷载的分布可以假设为三角形分布和均匀分布两种形式。三角形分布时，以注浆孔为对称中心呈等腰三角形分布。在实际施工中，一般是多孔同时注浆的，可以根据要模拟的工况在相应注浆孔的周围施加相应荷载，通过工况组合，求出内力包络图。图7土体与衬砌之间施加注浆压力示意图图8单孔注浆压力计算简图从以上分析看出，在地层—结构法中对注浆压力施工瞬态的模拟，采用了在接触面施加注浆压力和改变盾构隧道周围土体物理性质两种

5、方法。可以很好地模拟在注浆完成后，衬砌内力变化。一般情况下，注浆压力分布是不均匀的，容易造成隧道受力处于偏心荷载作用下。在实际工程中，为了减少地面沉降和注浆顺利完成，采用了很大的注浆压力，一般为0．2-o．4MPa，而偏心荷载容易造成应力局部集中，这对隧道的受力是极为不利的。由于千斤顶荷载沿隧道走向施加于管片上，在平面有限元中无法模拟。影响注浆效果的因素有很多，对于注浆的影响半径、分布形式还存在着诸多假设。通过荷载-—一结构法计算可以获得各个施工步衬砌的轴力、剪力、弯矩，而荷载—一结构法最终获得各种工况(基本荷载，基本荷载+可变荷载)下的包络图，用以具体的设计配筋。4

6、算例分析以某盾构隧道典型设计断面为例，隧道内径10．04m，环宽1．5m，衬砌厚度480mm，埋深11m。地层参数如表1所示：表1土层材料物理参数表大弯矩偏大，最大弯矩出现的位置却颇为接近，二者弯矩图的分布形状也略有差别。5结束语本文通过地层---结构法和荷载—结构法对盾构隧道的施工过程作以模拟，比较了两种方法对影响隧道内力分析因素的考虑。从中可以看出注浆压力对隧道的受力状况产生很大的影响。但本文在分析中对注浆的压力分布形式、影响范围做出了近似假设。盾构隧道的受力是一个动态变化的过程，为了更精确地模拟盾构隧道的受力状况，需要对在建造阶段和运营阶段隧道所处的受力环境作以

7、评价。如：平行隧道建造的影响，相邻施工的影响及运行阶段的列车、人群荷载等。这要求建立更贴近实际施工状况的有限元模型，而在荷载—一结构法中做以合理的简化，将这些影响因素转化为作用在结构上的荷载。