荷载结构模型在盾构隧道结构计算中的应用

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1、2011年12月增刊铁道工程学报JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCII唧December20llSupplement文章编号：1006—2106(2011)增刊1—0106—04荷载一结构模型在盾构隧道结构计算中的应用孙文昊料(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)摘要：荷载一结构模型是目前国内盾构管片内力计算时所常用的模型之一，在实际计算中，著荷载和结构采用的具体简化形式不同，则最终的计算结果有较大差异。本文对荷载一结构模型下的修正惯用法、梁一弹簧法和修正匀质圆环法三种常用具体计算方法，针对四种不同地质

2、条件，进行了盾构隧道结构内力计算。根据计算结果的对比分析，得出几点结论，可供工程技术人员参考。关键词：盾构隧道；管片内力；荷载一结构模型中图分类号：[U25】文献标识码：AApplicationofLoad-structureModelinCalculationofShieldTunnelStructureSUNWen-hao(ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignGroupCo．Ltd，Wuhan，Hubei430063，China)Abstract：TheIoad—structuremodelisoneofth

3、ecommonlyusedmodelsforcalculationoftheinternalforceoftllesegmentoftheshieldtunnel．Inactualcalculation，ifthedifferentsimplifiedformsareusedfortheloadandstructure，thefinalresultarebigdifferent．Withthemodifiedroutinemethod，beam-springmethodandmodifiedhomogeneousringmethodunder

4、the10ad—structuremodel，thecalculationoftheinternalforceofshieldtunnelstructureismadeundergeologicalconditionsofthefourtypes．Theconclusionsbasedonthecomparativeanalysisofcalculationresultscanbeasthereferencetothesimilarworks．Keywords：shieldtunnel；intemalforceofsegment；load-s

5、tructuremethodl研究背景盾构法隧道在世界范围内都有应用，但不同国家所采用的衬砌内力计算方法各不相同。根据国际隧道协会(I．T．A)隧道结构设计模型研究组总结的结果，目前用盾构法开挖的软土质隧道的设计方法主要归纳为以下四种设计模型：(1)经验类比法；(2)收敛一限制法；(3)荷载一结构模型；(4)连续介质模型。‘收稿日期：2010—10—20”作者简介：孙文吴，1975年出生，男，高级工程师。我国常用的盾构隧道衬砌设计方法主要有经验类比法、荷载一结构法。在工程可行性研究阶段一般可以采用经验类比法确定结构尺寸，在初步设计和施工图设计

6、阶段需要用荷载一结构模型对衬砌结构内力进行较为精确的计算。但是由于目前国内还没有关于盾构隧道的设计规范，所以不同的设计机构所采用的具体计算方法也各不相同。例如在某城市的地铁设计中，相邻的两个区间地层基本相同，盾构衬砌结构型式和埋深也完全相同，两个区间隧道分别由两家单位设计，由于内力计算方法不同，最终的内力计算结果和配筋量也差别较大。为了探究不同地质条件下、不增刊孙文吴：荷载一结构模型在盾构隧道结构计算中的应用107同计算方式所得结果的差异，下面对国内常用的几种荷载一结构模型下具体计算方法进行比较分析。2荷载一结构模型的分类任何理论计算都需要对

7、工程原型进行一定程度的简化或假定处理，在盾构隧道的荷载一结构模型中，根据对衬砌结构和结构上作用的荷载采用不同的处理方式，又可以衍生出多种具体的计算方法。水平(1)根据对结构(主要指管片接头)处理方法的不同，可以分为均质圆环法、多铰圆环法、弹性铰法。(2)根据对荷载(主要指地基抗力)的处理方法不同，可以分为自由变形圆环法、假定弹性抗力法(如日本的三角形分布法和前苏联的布加耶娃法)、地基弹簧法。上述对接头的处理方法和对荷载的处理方法是可以任意组合的，加上对结构及荷载的处理方法不止上述几种，因此，从理论上说至少可以组合出十几种计算方法，但是常用的组

8、合形式仅有如下三种。2．1日本惯用法及修正惯用法日本惯用计算法即把管片环简化为与管片主断面具有相同刚度的弹性均质圆环，并采用以三角形抗力为特征的惯用荷载系统进行计算