滨海地区软弱地层盾构隧道接头张开度计算（论文）.pdf

· 143 · 滨海地区软弱地层盾构隧道接头张开度计算 王  雷 （深圳地铁建设集团有限公司，广东深圳 518000） 　　 ［摘　要 ］ 依托深圳市城市轨道交通16号线二期工程安良站—福坑站区间盾构隧道，通过资料调研，利 用现场的施工掘进参数表，统计出2种工况下油缸推力分布情况，建立“梁– 梁”弹簧有限元模型，根据不 同围岩情况、不同埋深分段计算依托工程中隧道区间的接头张开度，为类似工程提供借鉴。 　　 ［关键词 ］ 滨海地区；盾构隧道；接头张开度；有限元计算 　　 ［中图分类号］  U 455.4 　　　　［文献标志码］  A　　　　　 ［文章编号］  1001-523X （2022 ）05-0 143 -04 JOINT OPENING OF SHIELD TUNNEL IN SOFT STRATUM OF COASTAL AREA Wang Lei 　　 ［ Abstract ］ Based on the shield tunnel between Anliang station and Fukeng station of phase II project of Shenzhen urban rail transit line 16, through data investigation and using the on-site construction excavation parameter table, the paper calculates the distribution of oil cylinder thrust under two working conditions, and establishes the "beam-beam" spring finite element model according to different surrounding rock conditions. The joint opening of the tunnel section in the supporting project is calculated by sections with different buried depths, which is worthy of reference for similar projects. 　　 ［Keywords ］ coastal area ；shield tunnel; joint opening ；finite element calculation 深圳市城市轨道交通16号线二期工程安良站— 福坑站区间盾构隧道地处富水软弱地层中，隧道掘进 过程中防水性至关重要，而隧道接头张开度与隧道 防水性密不可分。目前，学者对此研究较少，仅有 李长俊 [1]等以南京扬子江隧道结构健康监测为手段， 研究了运营期水下盾构隧道管片接缝张开度变化规 律。李彬 [2]等研究了动力作用下盾构隧道接头破坏行 为。何川 [3-4] 等针对越江水下盾构隧道，进行管片接 头设计，并探讨了地铁盾构隧道管片接头刚度影响 因素。 故依托深圳市城市轨道交通16号线二期工程安良 站—福坑站区间，采用理论分析、数值模拟的手段， 根据不同围岩情况、不同埋深分段计算依托工程中隧 道区间的接头张开度，得出的结果可作为类似工程设 计、施工的参考。 1 有限元模型的建立 在对管片施工的力学行为调研中发现，普遍考虑 的施工荷载包括辅助油缸的推力、注浆压力、垂直土 压力、水平土压力，常用的ANSYS有限元模型包括 梁–弹簧模型、均质圆环模型、实体模型等，通常管 片拼装为错缝，应考虑管片接头对刚度的影响。 经过对比，国内外广泛采用的隧道管片衬砌受 力分析的力学模型，决定采用“梁 –梁”弹簧模型进 行计算。“梁 –梁”弹簧模型与梁 –弹簧模型在考虑接 头刚度上是一致的，是梁 –弹簧模型中的一种特殊类 型。其相较普通梁 –弹簧模型主要区别在于，接头单 元采用等效梁单元模拟，能方便提取出接头内力值， 便于接头变形的计算。 采用“荷载结构法”进行内力计算，采用软件为 ANSYS 17.0。在软件中，建立10环管片，各管片均划 分成64个单元，如图1 所示。围岩与管片之间采用只受 压、不受拉的弹簧进行模拟，以体现围岩与管片的实 际接触关系。同时，对第1 、第10环管片纵向位移进行 约束。 x y z 图1 荷载结构模型 另外，相邻管片及相邻管片块之间采用beam单元 （梁单元）进行模拟，其计算原理如下。 收稿日期 ：2022–01–21 作者简介 ：王雷（1993—），男，辽宁锦州人，助理工程师，主要 研究方向为城市轨道交通理论与实践。 极 &: &-l $   ?    ~   6    '   & Foundation and Basement Building Technology Development ?49? 5期 2022?38 ·144 · （1）相邻管片块体 间 接头刚度与beam单元的截 面参数存在如下关系： h = k n 12k θ kn 12k θ E =k ndx kn 12 k θ G =ak sdx （1） 式中： h、 dx、 E、 G分别为beam 单元的高度、长 度、弹性模量和剪切模量； kθ、 kn、 ks分别为管片接 头的抗弯刚度、轴向刚度和剪切刚度。 （2）当相邻管片块体 间 接头长度为单位长度 时，接头刚度与beam单元截面参数存在如下关系： + 12 EIt l3 GAd ' 1 Vr= k r= + 12 EIr l3 GAd 1 Vy= k t= （2） 式中： Ir、 It、 kr、 kt分别为径向抗弯、环向抗 弯、径向剪切、环向剪切刚度。 使用梁–梁模型进行管片的模拟，通过计算，得 到管片、管片间及管片块体间的单元截面参数如下： （1）管片宽度：1.5 m； （2）管片环间接头刚度： ks=4.0 ×10 8/m； （3）管片块体间接头刚度：正向 It=5.0 ×10 7 N·m/ Rad，负向 It=3.0×10 7 N·m/Rad。 2 荷载计算 通过对深圳市城市轨道交通16号线二