文档介绍：北京交通大学
硕士学位论文
北京地铁盾构隧道管片设计合理性研究
姓名:陈丹
申请学位级别:硕士
专业:桥梁与隧道工程
指导教师:袁大军
20060301
摘要该论文首先对盾构施工隧道衬砌结构设计现状及管片设计的各种计算模型进行了阐述,并在对我国隧道设计衬砌理论的发展做了详细的调研和总结基础上指出了现在衬砌设计理论存在的不足。鉴于目前北京地铁建设的形势,根据北京地层的土质特性及其与管片的相互作用特点,研究北京地层条件下的管片合理设计理论与模式,详细介绍了修正惯用法和梁一弹簧模型法计算管片衬砌内力的理论。针对北京地铁盾构管片设计采用的修正惯用法,使用与实际情况较接近的梁一弹簧模型分别计算了北京盾构施工的两个工程实例。通过理论分析,提出了区别于其他地区的北京地区盾构隧道设计方法,并对盾构隧道设计进行优化,使配筋量减少,为北京地铁工程带来了很大的经济效益和社会效益。关键词:盾构修正惯用法梁一弹簧模型法摘要
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作为盾构法隧道的衬砌一盾构管片,其厚度、含钢量、混凝土强度等第一章绪论施工规范,很多设计旖工单位根据机械制造商所提供的方法进行设计,有的前言随着我国城市现代化进程的加快以及城市基础设施建设的发展,大城市的交通问题日益严峻,这极大地促进了隧道及地下工程修建技术的发展和应用。隧道与地下工程专家己预言,世纪必将是我国隧道与地下工程建设的高峰时期⋯“随着城市地下工程的逐步增多和向城市中心区的扩张,城市地下工程以往采用的施工方法魍诜ê颓陈癜低诜逐渐在某些地层条件下具有一定的局限性。而盾构法作为一种暗挖隧道的施工方法,以其地层适应性强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点而得到了广泛的应用。在我国,盾构技术的研究虽然起步较晚,但发展速度较快。地下工程如地铁、下水道、电力通讯电缆隧道都将采用盾构法施工。现在,象北京、上海、广州、深圳、南京等一些城市的地铁工程,还有一些大型水利工程如引大入秦的矶垂程,南水北调穿黄隧洞工程都采用盾构施工。目前盾构工法已在城市隧道施工技术中确立了稳固的统治地位。因此,有人将其称为城市隧道工法“’。设计的合理与否,对整个盾构隧道工程造价影响甚大,而其设计的合理性与管片采用的计算模型息息相关。因此,对盾构管片计算模型的研究一直未停止。关于盾构隧道管片设计方法,由于目前我国尚无统一的盾构隧道设计、情况下是凭借上海等地铁盾构隧道实例进行模仿设计,施工方法多是参考国外,尤其是欧洲、日本等盾构机出口国家的方法而形成““”。而这些方法是否就晟为适合于我国的具体条件尚欠缺系统的研究和证实。而且我国地域辽阔,不同城市具有不同的地质特征,北京与上海和广州的地质条件差别就很大“虾5牡夭闶粲谟倌嘀实夭悖浅K扇恚晕饶芰Σ睿嘌沽Ρ冉洗第滦髀
弹性方程法计算构件内力的模型。图是弹性地基刚架法的适用模型。图且分布均匀;广州的地层除在浅表有一层比较薄的土层外,基本为强风化、中风化、微风化岩层,围岩的强度模量高,自稳能力好,而河网发育,地下水充沛,时有构造断裂出现在工程线路上:而北京地区表层从段基本为第四纪冲洪积地层,既有表层的松散回填土层,又有从粘土、粉土、各种粒径的砂层、砾石层、卵石层等各层交替组合形成的地层,从性质上与上海地区截然不同,而与广州地区的地层也有较大的区别。因此,采用盾构时必须针对其特点,采取相应的对策,选用与之相对应的盾构机和设计施工方法。,这些模型反映了当时隧道设计的主流方法及设计水平。年,入江健二汇总了调查结果,如下表所示。从此表可以看出,各国所用隧道设计模型变化不大,使用最多的设计模型仍是弹性地基圆环法。在《盾构隧道衬砌设计指南莅》中,也推荐使用弹性方程法、弹性地基刚架模型法及有限元法。图是用是弹性地基刚架法计算模型的抗力范围。弹性方程法是一种不需要计算机的简单算法,但该法不适用下列各种情况:捎谕寥辣浠姆蔷缺浠暮稍如图:购稍如图;菜沽ΓD獾鼗沽Φ牡闪Α在该法中,水压力按竖向匀布荷载和水平均匀变化荷载的组合计算,水平地基抗力则简化为按三角形分布的荷载。弹性地基刚架法是一种采用计算机计算构件内力的方法,该法可用于上北京交通大学硕士学位论文
述四种情况的计算。若不能预先估算抵抗因自重引起位移而产生的地基抗力,则构件中由自重产生的内力应单独计算并与其他荷载产生的内力叠加。在这种情况下自重产生的内力可按弹性方程法计算。弹性地基刚架法不仅可以采用法向地基抗力而且可以采用切向抗力。地基抗力施加范围的方案有以下三种:С懈占苣P停各国盾构隧道衬砌设计模型表猯。,第滦髀设计模型设计承土压力”直鹞4怪国家澳大全周弹簧模型苭全部覆土