文档介绍：盾构隧道设计计算
地铁设计规范(GB50157-2003):隧道结构的计算简图应根据地层情况、衬砌构造特点及施工工艺确定,宜考虑衬砌与围岩共同作用及装配式衬砌接头的影响。在软土地层中,采用通缝拼装的衬砌结构可取单环按自由变形的弹性匀质圆环、弹性铰圆环进行分析计算;采用错缝拼装的衬砌结构宜考虑环间剪力传递的影响。
1 自由变形匀质圆环法。埋设于松软、饱和土层(N<2~4,N为标准贯入试验锤击数)中的衬砌,当结构变形时,土层一般无法(较少)提供被动抗力,为简单起见,略去接头刚度对初砌圆环内力的影响,按自由变形的匀质圆环来计算,可求得偏安全的内力。而接缝处刚度不足时往往采用衬砌环的错缝拼装予以弥补,这对分块较少(尤其对分成四块、接缝处于垂直、水平轴成45度位置)的衬砌结构尤为合适。
2 弹性铰圆环计算方法。在实际工程中,地下装配式圆形初砌结构螺栓接头能够承担一定的弯矩、轴力和剪力,且接头的变形和内力呈线性关系,因此可将这样的接头当作理想的弹性铰。对埋设于N>2~4土层中的隧道衬砌结构,可以考虑衬砌与地层共同作用,在结构防水确有保证的情况下,用此法计算可大大减小断面弯矩,给工程带来较大的经济效益。此时,必须对圆环的变形作一定限制,并对施工提出必要的技术措施。
若有条件采用有限元法进行结构分析,就可将较多的构造因素考虑进去,如接头螺栓及螺栓所施加的预应力、块与块间的传力弹性衬垫的作用等,有利于优化设计。
3 衬砌环间采用错缝拼装时,可按惯用法考虑由于纵向接头存在引起的匀质圆环刚度降低及环间接通过剪力传递所引起的断面与接头内力的重分配;或以二环为一个计算单元、块与块间设接头的回转弹簧、两环之间设径向剪切弹簧及切向弹簧的计算模式进行计算。
盾构隧道衬砌内力分析方法分类
1 有限元方法
将一定计算范围的土与隧道看作一个整体,形成土—盾构隧道有限元模型,分为三维,二维有限元计算方法。
三维有限元采用的计算软件有ANSYS,MARC等大型商用软件。但是,由于这些软件的学习需要太多的时间和精力,计算成本太高而在实际工程中很少采用。
下图是用ANSYS建立的三维模型。
二维有限元分析方法:
这是一个平面应变问题,可以取出一个截面进行分析。下图是二维有限元分析模型。
0原始状态
1隧道开挖
2结构的施作和3注浆压力施加
4外围土体材料性质的改变