文档介绍：盾构隧道结构特征关键词:盾构隧道水土压力梁弹簧计算模型隧道覆土 1 .概述根据提供的武汉长江隧道纵断面图, 武汉长江隧道盾构段隧道底板最高点为江北竖井一侧(标高- ) ,最低点位于 k3+718m 处(标高- ), 盾构穿越的地层主要为中密粉细砂( 地层代号⑤ 2)、密实粉细砂( 地层代号⑤3), 底部中间为卵石层( 地层代号⑥) 及强风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩(地层代号⑦1和⑦2 )之间。局部见中密中粗砂(地层代号⑤4) 、密实中粗砂(地层代号⑤5)、可塑粉质粘土层( 地层代号⑤6)。盾构两端接近竖井处的地层为软塑粉质粘土层(地层代号④4) 、中密粉土层(地层代号④6 )其可挖性除中风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩为ⅳ级、强风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩及密实卵石为外ⅲ级外,其它土层为ⅰ级。盾构穿越地层主要为富含地下水的砂土层, 其地下水特征在两岸表现为较高承压水头的承压水特征, 在长江则表现为高水头压的潜水特性。由于其水头压力较高, 盾构施工时易引起突发性涌水和流砂, 而导致大范围的突然塌陷。同时, 高水头压对盾构机和隧道的密封及抗渗能力提出了更高要求。根据盾构段隧道底板标高 k3+ ~ k4+250m 段盾构工作面的下部将切入密实卵石层( 地层代号⑥) 及强、中风化泥质粉砂岩夹砂、页岩( 地层代号⑦1、⑦2) 层中, 与盾构工作面其它土层构成了软硬不均匀的工作面, 盾构推进时, 由于受力不均, 容易造成盾构在线路方向上的偏离。如图 1 所示 lk4+200 地质剖面所示。从充分考虑武汉越江盾构隧道所处区域的地层及地下水特征、高水压越江盾构隧道的施工条件等对结构设计起控制作用的因素出发,研究实际作用在盾构隧道主体结构上的土水压力的量值及规律, 探明盾构隧道主体结构与地层的相互作用特征, 进而判明盾构隧道主体结构的实际受力状态、受力特征, 得出对结构设计的基本要求和必需满足的条件。通过梁弹簧数值模型的计算分析,重点分析了相应地层条件下, 盾构隧道结构体在不同水压力作用下对管片衬砌结构的力学和变形特征, 然后, 对相应的试验结论进行验证, 最后得出了关于地层与盾构隧道衬砌结构体相互作用特征的重要结论。 2 .管片衬砌结构计算模型对于地下结构的主体衬砌结构, 多采用荷载-结构模型进行设计计算分析。随着计算机数值模拟技术的发展, 目前多采用有限元法进行衬砌结构的力学分析。荷载-结构模型数值模拟的步骤为:计算模型的建立, 将地下结构离散化, 计算单元刚度矩阵, 计算等效节点荷载, 组建总刚度矩阵, 解方程得到位移值, 调整弹簧参数重新求解方程组, 计算结构内力, 进行计算结果分析, 并评价结构的安全性。在进行管片设计计算分析时, 先采用简化计算法( 将管片衬砌结构简化为匀质圆环, 即按日本的修正惯用法) 初步确定盾构隧道管片结构参数, 然后重点采用精确计算法进行不通拼装方式下的管片结构内力及变形分析, 确定设计所采用的管片结构参数。最后对确定采用的方案,同时用两种计算方法进行校核。均质圆环模型(日本修正惯用法) 在本次设计计算中, 用曲梁单元模拟刚度折减后的衬砌圆。η分别取、和三种情况; 对于错缝拼装, 相应的附加弯矩增大系数ξ取为、和 ; 而对于通缝拼装时,