盾构衬砌管片的壳-弹簧设计模型研究

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1、第28卷第8期岩土工程学报Vol.28No.82006年8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.,2006盾构衬砌管片的壳–弹簧设计模型研究1，211朱伟，黄正荣，梁精华（1.河海大学岩土工程研究所，江苏南京210098；2.河海大学环境科学与工程学院，江苏南京210098）摘要：围绕盾构衬砌管片的设计模型问题，提出了一种新的壳–弹簧设计模型，详细论述了模型的建立过程。运用壳–弹簧模型与梁–弹簧模型分别对衬砌管片通缝和错缝拼装进行对比分析，比较分析了衬砌管片错缝拼装下两种模型计算结果的异同，对盾构

2、管片的设计具有一定的指导作用。关键词：盾构衬砌；壳–弹簧模型；梁–弹簧模型；接头刚度中图分类号：U451文献标识码：A文章编号：1000–4548(2006)08–0940–08作者简介：朱伟(1962–)，男，教授，博士生导师，主要从事隧道盾构技术及环境工程研究。Studiesonshell-springdesignmodelforsegmentofshieldtunnels1,211ZHUWei，HUANGZheng-rong，LIANGJing-hua（1.ResearchInstituteofGeotechnicalEngineering

3、,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.CollegeofEnvironmentalScienceandTechnology,HohaiUniversity,Nanjing210098,China）Abstract:Thedesignmodelofshieldsegmentwasdiscussed,andanewshell-springdesignmodelwasputforward.Theestablishingprocessofmodelwasalsodiscussedindetail,andshell-

4、springmodelandbeam-springmodelswereusedtoanalyzethetunnelwithsequentialandstaggeredsegmentseams.Thecalculatedresultswiththesetwomodelswerecompared.Keywords:shieldsegment;shell-springmodel;beam-springmodel;jointstiffness[6]0引言铁和北京地铁五号线又采用了1.2m宽。通过增加随着我国经济的发展和综合国力的提高，大中城衬砌管片的宽度

5、，在隧道方向上管片接头的数目可以市地下空间开发的高潮即将到来，地下工程的发展速减少20%。由于减少管片环间接头的数目，既可以降度加快，而盾构法作为一种成熟的施工技术，应用越低管片的生产费用，还可以改善隧道的防水状况。但来越为广泛，故安全、经济、合理的管片设计方法就是随着管片宽度的增加，由于管片环接头螺栓处产生显得尤为重要。盾构隧道衬砌管片设计理论的最大问的剪切力的作用，导致管片弯曲应力增加，并且集中题在于模型本身是否能反映管片的实际受力状态，国于管片断面的边缘部位，这引起了工程界的担心，由内外隧道衬砌管片设计方法有惯用法、修正惯用法、于梁–弹簧模

6、型默认每环管片都是平面应变状态，故[1]多铰环法与梁–弹簧模型法4种方法。不能反映管片断面边缘弯曲应力集中的现象，同时梁[2-5]梁–弹簧模型能较好的反映管片的受力状态，–弹簧模型也不能反映管片环纵向结构性能。其中梁分为直梁和曲梁两类，主要用于模拟管片部分，国际隧道协会（ITA）在盾构法隧道设计指导中而弹簧用于模拟接头部分，但美中不足的是，梁–弹对隧道纵向结构性态的考虑就是沿纵向选择几个典型簧模型是平面计算模型，并不能完全反映衬砌错缝拼断面：上覆地层厚度最大的横断面、上覆地层厚度最装下的真实受力状态，因为管片错缝拼装条件下，衬小的横断面、地下水位

7、最高的横断面、地下水位最低砌受力状态为非平面应变状态，而梁–弹簧模型默认的横断面、超载最大的横断面、有偏压的横断面、地每环管片为平面应变状态。随着设计、施工经验的成表有突变的横断面、附近现有或将来拟建新的隧道的[7]熟，国内外盾构衬砌管片宽度有增加的趋势，例如在横断面，进行计算。这样虽然对隧道纵向结构问题日本，过去的管片宽度为0.8～0.9m，1975年下半年有所考虑，但并没有考虑到土性变化的分隔段或过度[8]管片宽度发展到1.0m，东京湾隧道衬砌宽度为1.5m；段。隧道纵向结构的理论解析分析模型主要有两种：国内从上海地铁的1m宽到广州地铁二号线

8、的1.5m───────收稿日期：2005–06–18宽，其中广州地铁一号线、南京地铁一号线、深圳地第8期朱伟，等.盾构衬砌管片的壳–弹