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盾构隧道纵向地震响应性能指标研究 摘 要：本文结合实际例子，应用等效连续化模型，给出接缝张开量达到限值和螺栓达到屈服强度及极限强度的顺序，给出E2地震（中震）和E3地震（大震）下各自的性能指标验算公式。 关键词：盾构隧道；纵向；地震响应；指标 引言 随着我国城市化程度的提高，轨道交通成为解决城市交通拥堵问题的重要方式。而各个城市在建及规划的轨道交通线路中地下隧道占据了线路的绝大部分。在地下隧道的各种施工方法中盾构法由于众多优点，特别适合软土地基城市的区间隧道施工。 盾构隧道是管片通过纵向和横向的螺栓连接而成，因此盾构隧道结构实际上是不连续的。但是在盾构隧道的纵向地震响应分析中常把带有大量环缝接头的衬砌结构等效成折减刚度连续模型。该模型假设隧道在横向为一均质圆环，在纵向以刚度等效的方法把由接头连接的隧道等效为具有与隧道等效折减刚度的均匀连续梁，如图 1所示。 图 1 等效连续化模型 本文即在等效刚度连续模型的基础上建立以接缝张开量为指标的盾构隧道纵向地震响应性能评价方法。 1临界状态确定 在地震作用下，随着盾构隧道衬砌结构纵向受力的增大，隧道衬砌结构环缝变形也变大，衬砌结构经历临界受力状态如下： 1) 环缝接头张开量:具有抵抗0.3MPa水压能力时，环缝张开量 ，不漏水时，环缝张开量 ； 2) 螺栓临界状态:离中性轴最远的螺栓分别达到屈服、极限抗拉强度时对应的临界状态。 2纵向变形性能计算 以某地铁工程为背景，其盾构隧道结构参数、环缝接头螺栓的参数如表 1及表 2所示。 表 1隧道管片参数 隧道外径 （m） 隧道内径 （m） 管片厚度 （m） 环宽 （m） 管片弹性模量 （MPa） 6.2 5.5 0.35 1.2 表 2环缝接头螺栓参数 数量 长度 （mm） 直径 （mm） 屈服应力 （MPa） 极限应力 （MPa） 弹性模量 （MPa） 弹塑刚度比 预应力 （MPa） 17 400 40 640 800 0.01 70 根据文献1-4中公式： 取环缝影响范围系数 为0.6225，根据表 1和表 2中的衬砌结构和螺栓的参数计算如下： 得中性轴位置 弹性临界状态的弯矩 弹性临界状态的环缝接头张开量 得环缝接头螺栓达到极限抗拉强度时张开量 盾构隧道环缝张开量与隧道适用及安全性的关系界值关系如表 3所示。 表 3 盾构隧道环缝变形界限 临界状态 环缝张开量（mm） 最外层螺栓达到弹性极限 2.15 管片接头抵抗0.3Mpa水压，张开量 3 环缝密封不漏水 6 最外层螺栓达到极限抗拉强度 19.8 通过对环缝张开量临界值计算可得：当最外层螺栓屈服之前，环缝处于弹性状态，防水能力良好，隧道性能良好，处于安全状态；当最外层螺栓屈服后，环缝张开量逐渐变大，防水能力变小，但仍能保证不漏水；当环缝张开量超过6mm限值时，此处接缝若处于地下水位以下，隧道内会出现漏水现象。当最外层螺栓处于抗拉强度极限状态时，螺栓有被拉断的危险，同时隧道接缝已经破坏，隧道安全性已不能保证。 3性能指标抗震验算 根据基于性能的抗震设计思想即对盾构隧道不同地震水平下的性能要求如下： 水平地震（中震）作用下，盾构隧道要保证结构处于弹性状态，E3地震（大震）作用下结构局部处于弹塑性状态。验算内容如下： E2地震： 为永久作用和地震作用组合下螺栓的最大拉应力， 为螺栓屈服应力，计算可以按抗拉强度设计值除以小于1的调整系数。 E3地震： 为永久作用和地震作用组合下环缝接头张开量， 为环缝接头不至漏水张开量允许值，一般为6mm，也可以由接缝密封材料防水试验确定。 徐凌. 软土盾构隧道纵向沉降研究D. 同济大学, 2005. 廖少明. 圆形隧道纵向剪切传递效应研究D. 同济大学, 2002. 林永国. 地铁隧道纵向变形