盾构隧道管片检算说明——最终稿.doc

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1、盾构隧道管片检算说明一、工程概况珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程龙溪站～菊树站盾构区间隧道左线设计起点里程ZDK16+397.865，终点里程YDK18+300.868，左线长1906.373m。左线隧道采用1.2m管片拼装，共拼装1.2m管片1585环，衬砌外径6.0m，内径5.4m，厚度0.3m，衬砌中线半径R0=2.85m。管片混凝土强度等级为C50，每环衬砌设6片管片，楔形量41mm。管片之间采用2根6.8级M24螺栓连接。左线1079～1091环管片在施工过程中形成管片连续错台，其中错台最大达到6cm，在1079环、1081环等7环管片的12点位出现管片纵缝张开现象。后

2、期变形监测结果表明，隧道已趋于稳定。二、地质情况该段隧道上方地层如图1所示，地质钻孔MGF3-HF-21位于管片受损区域，因而以该地质钻孔揭示的地层性质为依据检算管片受力。各地层物理力学指标如表1。图1盾构隧道围岩地层表1各地层的岩土力学参数三、计算分析1、荷载计算(1)结构自重混凝土容重取g=25kN/m3。(2)围岩压力由于该处地层基本为透水性较差地层，所以采用水土合算方式来考虑围岩压力，这里采用《铁路隧道设计规范》方法确定围岩压力。考虑隧道上方覆土重量及地面超载。隧道埋深H=12m，平均容重g=19.3kN/m3，粘聚力C=22.6kPa，内摩擦角j=15.5°，地面超载取P0=20

3、kPa，不考虑地面硬壳层的承载作用。q=251.8kPa，e1=113.3kPa，e2=167.4kPa(3)地震力按地震烈度Ⅶ度考虑，地震角b=1.5°，取地震综合影响系数hc=0.25，水平方向地震系数Kh=0.1。F1=hKhG/D=0.6kPa由地震引起的主动土压力增量：De1=1.7kPa，De2=2.6kPa由于隧道埋深较大，地面冲击波传至地下隧道位置（12m）时可以忽略。2、计算模型采用荷载—结构模式对管片衬砌内力性计算，抗力系数取160MPa/m，并考虑接头对的衬砌刚度的影响。衬砌的计算刚度采用管片刚度乘以一个弯曲刚度有效率（折减系数h，取0.8），即：(EJ)计=h(EJ

4、)0围岩对衬砌变形的约束作用采用弹性链杆模拟，盾构隧道衬砌的计算模型如图2。图2盾构衬砌的计算图式qD3、内力计算结果考虑隧道衬砌管片的接头对衬砌结构刚度的影响，刚度折减系数取h=0.8。结构计算弹模E计=h(E0I)，采用ANSYS进行结构内力计算。(1)弯矩在荷载作用下的衬砌结构的弯矩、轴力和剪力分布分别如图3、图4和图5。图3衬砌结构的弯矩图图4衬砌结构的轴力图图5衬砌结构的剪力图由于地震荷载和围岩压力相比非常小，所以衬砌结构内力大小仍是近似对称。最大截面弯矩Mmax=60.34kN.m/m，出现在拱顶，N=651.34kN/m。其次在拱腰位置(50°)，弯矩M=52.77kN.m/

5、m，N=738.61kN/m。校核管片时采用(1+x)Mmax，校核管片接头时采用(1-x)Mmax，弯矩弯矩增大系数取x=0.2。最大剪力Q=62.8kN4、管片强度、裂缝宽度及接头螺栓强度校核(1)管片强度校核每环管片长度1.2m，标准管片配筋为内侧受拉钢筋面积Ag=2036mm2，外侧受压钢筋面积Ag’=1634mm2。每环管片内力的弯矩和轴力分别为：Mj=(1+x)Mmax=86.89kN.m/环，Nj=781.61kN/环偏心距e0=Mj/Nj=111mm相对偏心距e0/h=0.411>0.3，属于大偏心受压。图5钢筋混凝土大偏心受压构件截面强度计算图图中，Rw、Rg分别为混凝土

6、弯曲抗压极限强度和钢筋的抗拉或抗压计算强度。对于C50混凝土，Rw=45.6MPa；对于HRB335钢筋，Rg=360MPa。K为安全系数，对于钢筋混凝土结构承受主要荷载，K=2.0。迎水侧a’=40mm，背水侧a=30mm，h0=h-a=270mm。截面中性轴的位置由下式确定：式中，Ag和A’g分别是受拉区和受压钢筋面积；e和e’分别是轴向力距离受拉钢筋和受压钢筋合力作用点的距离；x为受压去高度。受压区高度x=127mm，x/h0=0.47<0.55且x/h0<2a=60mm。所以，隧道管片衬砌是安全的。(2)裂缝宽度根据国家规范《混凝土结构设计规范（GB50010-2002）》8.1.

7、2节中“对e0/h0≤0.55的偏心受压构件可不验算裂缝宽度”，在这里e0/h0=0.47≤0.55，所以可以不进行裂缝宽度检算。(1)管片接头校核螺栓抗剪检算：管片之间连接采用2根6.8级M24的螺栓，其总有效面积为AL=2×454=908mm2。螺栓承受的可能的最大剪力为Q=75.36kN/环，则螺栓承受的剪应力，远小于其抗剪强度设计值190MPa。螺栓抗拉检算：图6钢筋混凝土单筋矩形截面强度计算图图中AL为螺栓的面