盾构隧道设计与分析

盾构隧道设计与分析第1页/共48页三维盾构隧道建模示意图第2页/共48页二维盾构隧道建模示意图第3页/共48页惯用法与修正惯用法概念图第4页/共48页惯用计算法中的弯矩分配图第5页/共48页梁弹簧模型梁接头模型第6页/共48页剪切弹簧径向接头错缝拼装环间加强作用的考虑第7页/共48页2、程序中的名词解释管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓，本软件指预制的混凝土管片。

衬砌：由管片通过螺栓连接而成，一环衬砌由几块管片构成。环向螺栓：为了构成衬砌环，连接管片用的螺栓，本软件以管片接头形式模拟螺栓的作用。纵向螺栓：衬砌环之间相互连接的螺栓，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片分布自重：容重乘以管片厚度。第8页/共48页管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部分，在本软件计算模型示意图中，以表示。管片材料：在本程序中，按平面应变问题取1米进行计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可以从混凝土设计规范上查得。管片宽度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬砌宽度。第9页/共48页3、荷载假定与计算（1）荷载分类第10页/共48页主荷载

1、垂直和水平土压力

2、水压力

3、自重

4、上覆荷载

5、地基抗力

附加荷载6、内部荷载

7、施工荷载

8、地震的影响

特殊荷载

9、平行配置隧道的影响

10、邻近施工的影响

11、其他

日本盾构隧道规范的分类方法第11页/共48页日本盾构隧道规范的分类方法第12页/共48页（2）水土压力计算土柱理论（H<2D）压力拱理论（太沙基，普氏）（H>=2D）第13页/共48页水压力计算整体坐标系施加局部坐标系施加第14页/共48页（3）自重修正惯用法对自重反力的假设

梁弹簧模型对自重反力的假设

第15页/共48页（4）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设PmaxPmaxΦ

第16页/共48页地层弹簧法第17页/共48页多层地层参数的均一化第18页/共48页不同地层采用相应地层弹簧系数

第19页/共48页

局部地层弹簧模式 全周地层弹簧模式

局部地层弹簧与全周地层弹簧第20页/共48页（5）、注浆荷载单孔注浆压力分布模式第21页/共48页整环注浆压力分布模式第22页/共48页（6）、地震荷载拟静法第23页/共48页（7）、荷载分布模式假设X向矩形分布y向梯形分布X，y向梯形分布X，y抛物线形分布X，y方向为矩形分布第24页/共48页4、结构模拟（1）管片直梁模型曲梁模型第25页/共48页（2）接缝管片间接缝梁弹簧接头元接头元线性模式第26页/共48页双线性模式非线性模式第27页/共48页管片环间接缝

地铁设计规范(GB50157-2003)第10.5.3规定：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。第28页/共48页管片纵向螺栓剪切单元管片间接头第29页/共48页（3）结构离散化第30页/共48页（4）管片拼装方式

单圆和双圆盾构隧道都有通缝和错缝两种拼装模式。其中单圆错缝有A-B-A,A-B-C两种方式。而双圆错缝只有A-B-A一种方式。第31页/共48页盾构隧道设计与分析算例演示1、工程概况

盾构衬砌环，内径10.040m,外径11.000m,衬砌宽度1.0m,受到垂直压力p=226.3KN/m，顶部水平侧压力q1=90.5KN/m，底部水平侧压力q2=162.5KN/m，自重g=12.0KN/m，管片截面的计算参数如下：弹性模量E=3.5×107KPa，转动惯量I=9.216×10-3m4

，面积A=0.48m2

，地层反力系数为K=1.5×104KN/m3

。第32页/共48页2、隧道施工全过程受力分析第33页/共48页第34页/共48页第35页/共48页第36页/共48页第37页/共48页第38页/共48页第39页/共48页第40页/共48页第41页/共48页第42页/共48页第43页/共48页第44页/共48页第45页/共48页第46页/共48页地址:上海市赤峰路65号同济大学科