盾构隧道管片检算说明——最终稿(1).doc

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10791091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=20kPa，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)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 =60.34 kN.m/m，出现在拱顶，N=651.34kN/m。其次在拱腰位置(50)，弯矩M=52.77 kN.m/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=86.89 kN.m/环，Nj=781.61 kN/环偏心距e0=Mj/Nj=111mm相对偏心距e0/h=0.4110.3，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Ag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=0.470.55且x/h00.55，所以应按小偏心受压构件进行计算。螺栓的应力联立上式及，得到，x=160mm，x/h0=0.590.55。可见，管片接头也是安全的。从以上计算结果可以看出，隧道衬砌管片和管片接头都是安全的。从现场长时间监测结果来看，该段隧道的工后总变