地铁盾构隧道管片结构设计力学分析共12页word资料
盾构法隧道施工阶段管片的力学分析
第29卷第3期 岩 土 力 学 V ol.29 No.3 2008年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2008收稿日期：2006-04-30作者简介：宋克志，男，1970年生，博士，副教授，主要从事隧道及地下工程方面的教学与研究工作。
E-mail: ytytskz@文章编号：1000－7598－(2008) 03－0619－06盾构法隧道施工阶段管片的力学分析宋克志1，袁大军2，王梦恕2（1.鲁东大学 土木工程学院，烟台 264025；2.北京交通大学 隧道及地下工程试验研究中心，北京 100044）摘 要：盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态，易出现局部破损现象。
阐明了盾构施工阶段管片的受力特点，对其常见的局部破损现象及产生原因进行了总结与分析，在此基础上构建了施工阶段的管片力学模型，即一端固定、一端简支的受力构件。
以某盾构工程施工参数为例，运用有限元方法实现该力学模型，按不同工况对其进行了数值模拟，并与现场实测结果进行了对比分析。
研究表明：盾构施工阶段，衬砌管片会在第5～7环之间产生局部破损，与现场出现的管片破损部位十分接近；千斤顶推力的大小、倾角及偏差是导致施工阶段管片局部破损的主要原因，并给出了盾构施工阶段减轻管片破损的一些建议。
关 键 词：盾构隧道；管片破损；施工阶段；力学模型；千斤顶推力；有限元 中图分类号：U 455.43 文献标识码：ASegmental mechanical analysis of shield tunnel during construction stageSONG Ke-zhi 1, YUAN Da-jun 2, WANG Meng-shu 2(1. College of Civil Engineering, Ludong University, Yantai 264025, China;2. Research Center of Tunneling and Underground Works, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)Abstract: During shield construction there are many segmental partial ruptures caused by construction factors which is already confirmed by engineering practices. The segmental mechanical characteristics during construction stage are presented firstly; and then common local ruptures of segment concrete are summarized; and leading causes are analyzed. And based on which mechanical model for construction stage is developed. The model can be described as a fixed-simple component which one end is anchored by clotted grout and the other end is supported by shield sealing brushes. In order to study the segment mechanical properties, a shield tunnel as an example is analyzed; and several cases are simulated by FEM; then comparison between FEM results and field measurement values is made. Study has manifested that most segmental ruptures are located at the fifth ring to the seventh ring which is approximately same to in-situ rupture position of segment. In addition, thrust force and its obliquity and partial difference are the main causes leading to segmental rupture. Finally, some items are suggested to lighten local ruptures of segment during shield construction stage.Key words: shield tunnel; segment damage; construction stage; mechanical model; cylinder thrust force; finite elements1 引 言近年来，随着隧道及地下工程建设规模的不断扩大，盾构法应用日益广泛。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨地铁盾构隧道是地下城市交通建设中常见的重要工程，其管片结构设计对于隧道的安全性和稳定性有着至关重要的影响。
本文将对地铁盾构隧道管片结构设计进行探讨，分析其设计原理和关键技术，为相关工程实践提供参考。
地铁盾构隧道在施工过程中采用盾构机械进行开挖和支护，最终形成的隧道结构由管片组成。
管片作为隧道的主要支护结构，其设计原理主要包括以下几个方面：1. 结构承载能力：管片需要具有足够的承载能力，能够承受地下水压力和地表荷载，保证隧道的稳定性和安全性。
2. 接缝设计：管片之间的接缝设计要求严格，确保在车辆和地下水的作用下不会产生渗漏和开裂，保证隧道的密封性。
3. 防水设计：隧道地下部分需要具备一定的防水设计，以保证地铁隧道的运营安全。
4. 隧道变形控制：管片结构的设计还需要考虑到隧道的变形情况，尽量减小隧道在使用过程中的变形。
地铁盾构隧道管片结构设计涉及到多个关键技术，包括材料选择、连接方式、施工工艺等方面。
以下是其中几个关键技术的探讨：1. 材料选择：管片的材料选择需要考虑到其强度、韧性和抗腐蚀性能。
目前常用的管片材料有混凝土、钢筋混凝土和复合材料等，根据实际情况选择合适的材料是管片结构设计的重要一环。
2. 连接方式：管片之间的连接方式主要有搭接式连接和榫槽式连接两种，连接方式的选择需要考虑到其密封性和承载能力。
3. 施工工艺：盾构机械施工过程中，需要精确控制开挖和管片安装过程，确保管片结构的准确性和稳定性。
三、地铁盾构隧道管片结构设计实践案例1. 北京地铁10号线盾构隧道工程北京地铁10号线盾构隧道采用复合管片结构，以满足地下水压力和地面荷载等要求。
在设计过程中，针对北京地区的地质条件和地下水情况，对管片的材料选择和连接方式进行了综合考虑，最终取得了良好的效果。
上海地铁1号线盾构隧道采用钢筋混凝土管片结构，通过对接缝设计和防水设计的精确控制，保证了隧道的运营安全和稳定性。
在实际工程中，严格控制施工工艺，确保了管片结构的准确安装，取得了良好的成效。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨【摘要】地铁盾构隧道是地下工程领域的重要组成部分，其管片结构设计对隧道的安全和稳定性具有重要意义。
本文通过对地铁盾构隧道管片结构设计的背景、原则、模型分析、材料选取和施工技术进行探讨，总结了在实际工程中应该注意的关键问题和技术难点。
地铁盾构隧道管片结构的设计要根据地质环境、施工条件等因素进行综合考虑，确保隧道的安全运行。
未来，随着技术的不断发展，地铁盾构隧道管片结构设计将迎来更多机遇和挑战，需要不断创新和提高。
深入探讨地铁盾构隧道管片结构设计是非常重要的，可以为相关工程提供有益的参考和指导。
【关键词】地铁盾构隧道、管片结构、设计原则、模型分析、材料选取、施工技术、重要性、未来发展、挑战与机遇1. 引言1.1 地铁盾构隧道管片结构设计探讨地铁盾构隧道管片结构设计是地铁隧道工程中的重要环节，其设计质量直接关系到隧道的施工质量和运行安全。
随着城市地铁建设的不断推进，对地铁盾构隧道管片结构设计的要求也越来越高。
对地铁盾构隧道管片结构设计进行深入探讨和研究显得尤为重要。
地铁盾构隧道管片结构设计涉及到各种工程原理、材料选择、施工技术等方面的知识。
在设计过程中，需要考虑地质情况、施工环境、工程安全等多个因素，确保设计方案的科学性和可行性。
还需要充分考虑隧道使用寿命、运行安全、维护便捷等方面的需求，为地铁盾构隧道的长期运行提供保障。
本文将对地铁盾构隧道管片结构设计的背景、设计原则、设计模型分析、材料选取、施工技术等方面进行探讨，旨在总结经验、提出建议，推动地铁盾构隧道管片结构设计水平的提高。
希望通过本文的研究，能够为地铁盾构隧道管片结构设计提供借鉴和参考，促进我国地铁隧道工程的发展与进步。
2. 正文2.1 地铁盾构隧道管片结构设计探讨的背景隧道工程是城市地铁建设中的重要组成部分，而地铁盾构隧道管片结构设计则是其中至关重要的一环。
随着城市人口的增长和城市化进程的加快，地铁建设成为解决交通拥堵和环境污染问题的重要手段。
盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究
盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究一、本文概述Overview of this article《盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究》这篇文章主要围绕盾构隧道衬砌管片结构的力学性能展开深入研究。
盾构隧道作为一种重要的地下交通设施，其安全性和稳定性对于城市建设和交通发展具有举足轻重的意义。
衬砌管片作为盾构隧道的重要组成部分，其力学性能直接影响到隧道的整体稳定性和使用寿命。
因此，对盾构隧道衬砌管片结构的力学性能进行试验和理论研究，具有重要的实践意义和理论价值。
This article mainly focuses on the in-depth study of the mechanical properties of shield tunnel lining segment structures, including experimental and theoretical research on the mechanical properties of shield tunnel lining segment structures. As an important underground transportation facility, the safety and stability of shield tunnels play a crucial role in urban construction and transportationdevelopment. As an important component of shield tunneling, the mechanical properties of lining segments directly affect the overall stability and service life of the tunnel. Therefore, conducting experimental and theoretical research on the mechanical properties of shield tunnel lining segments has important practical significance and theoretical value.本文首先通过对盾构隧道衬砌管片结构的详细分析，明确了其受力特点和主要影响因素。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨地铁盾构隧道在城市地下交通建设中发挥着重要作用，而盾构隧道的管片结构设计是其关键部分之一。
本文主要探讨地铁盾构隧道管片结构设计的相关内容，从材料选用、结构设计和施工工艺等方面进行深入分析，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。
地铁盾构隧道是指利用盾构机在地下挖掘隧道，并在隧道内安装管片构成隧道结构的一种工程技术。
管片结构是地铁盾构隧道的主要构成部分，其设计的合理性直接影响着隧道的施工质量和使用性能。
地铁盾构隧道管片结构设计主要包括材料选用、结构设计和施工工艺三个方面。
二、地铁盾构隧道管片结构设计的材料选用1. 混凝土材料混凝土是地铁盾构隧道管片结构的主要构造材料，其工程性能和使用寿命直接影响着隧道的安全可靠性。
在材料选用中，需根据隧道的使用环境和荷载条件，选择合适的混凝土配合比和抗压强度等指标，以确保管片结构的抗震、耐久和防水等性能。
2. 钢筋材料钢筋是混凝土管片的加筋材料，能够增强混凝土的抗拉承载能力，提高管片的整体性能。
在材料选用中，需考虑钢筋的材质和规格，以满足隧道结构设计的荷载要求和使用性能需求。
3. 其他材料除混凝土和钢筋外，地铁盾构隧道管片结构设计还需要考虑其他材料的选用，如防水材料、隔离材料和填充材料等。
这些材料在管片结构中起着重要的作用，能够提高隧道结构的防水性能和整体稳定性。
1. 结构类型地铁盾构隧道的管片结构主要包括单曲线管片、双曲线管片和直线管片等不同类型，其结构形式与隧道的曲率半径、车站间距等因素有关。
在结构设计中，需根据隧道的具体情况选择合适的结构类型，以满足隧道的使用需求和施工条件。
2. 梁体设计地铁盾构隧道的管片结构中，梁体是其主要受力构件，需设计合理的梁体尺寸、加筋形式和预应力布置等。
在梁体设计中，需考虑管片的自重和荷载作用，进行受力分析和构造设计，以确保管片结构的受力性能和使用安全性。
3. 连接设计地铁盾构隧道管片结构的连接设计直接关系着隧道结构的整体性能和施工质量。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨地铁盾构隧道是目前城市地下交通系统建设中常见的一种结构形式，盾构隧道管片是盾构隧道结构中的重要组成部分。
管片结构的设计对于盾构隧道的稳定性和安全性有着重要的影响，因此需要进行深入的探讨和分析。
盾构隧道管片结构设计的探讨可以从以下几个方面展开：材料选取、结构设计、施工工艺等。
在盾构隧道管片结构设计中，材料选取是至关重要的一环。
合适的材料可以保证管片的强度、耐久性和稳定性，从而保证隧道的安全运行。
一般来说，盾构隧道管片一般采用钢筋混凝土材料，因为这种材料具有良好的强度和耐久性，同时施工也比较方便。
在材料选取上，需要考虑材料的性能、成本和施工难易程度等因素。
在结构设计方面，盾构隧道管片需要考虑到各种外部环境因素和内部负荷，设计出合理的结构来确保管片的稳定性和耐久性。
盾构隧道管片结构设计需要充分考虑到外部地质条件、地下水情况、地震影响等因素，从而设计出适应不同地质环境的管片结构。
管片结构设计还需要考虑到管片的连接方式、密封性能、防水措施等方面，确保管片组成的整体结构稳定可靠。
在施工工艺方面，盾构隧道管片结构设计需要考虑到施工的可行性和安全性。
盾构隧道管片的施工常常需要借助于专用的盾构机械，需要考虑到盾构机械的施工要求和管片安装的操作流程，从而设计出符合施工工艺的管片结构。
施工工艺还需要考虑到管片的防水、防裂、防渗等技术要求，确保管片在施工过程中能够保持良好的结构完整性。
在盾构隧道管片结构设计探讨中，还需要考虑到管片的维护和管理问题。
盾构隧道管片作为地铁隧道结构的一部分，需要定期进行检查、保养和维修，以保证其长期稳定运行。
在管片结构设计中需要考虑到管片的维护便捷性、耐久性和维修成本等因素，设计出符合维护管理要求的管片结构。
盾构隧道管片结构设计是一个复杂而重要的工程问题，需要在材料选取、结构设计、施工工艺和维护管理等方面进行深入的探讨和分析。
只有设计出合理、稳定和耐久的管片结构，才能确保地铁盾构隧道的安全运行，从而为城市地下交通系统的建设和发展做出贡献。
地铁盾构隧道管片结构受力特征模型试验研究
地铁盾构隧道管片结构受力特征模型试验研究【摘要】以南京地铁区间盾构隧道为研究背景，通过大比例模型试验，对盾构隧道管片三种拼装方式的受力特征进行了深入研究。
研究结果表明，拼装方式对管片受力特征有很大的影响，并提出了合理的管片拼装方式。
【关键词】盾构隧道模型试验管片拼装通缝错缝1前言盾构法隧道衬砌结构是由若干弧形的管片拼装成环，然后每环之间逐一连接而成的，管片与管片、环与环之间通过螺栓或其他方式连接。
管片的拼装力式有通缝和错缝两种。
所有衬砌环的纵缝呈一直线的情况称之为通缝拼装；相邻两环间纵缝相互错开的情况称之为错缝拼装。
不同的拼装方式必将对管片的受力特征有重大的影响。
为探明在南京地区特定的地质条件下，不同管片拼装方式对管片受力特征的影响以及合理的管片拼装方式等问题，作者以南京地铁区间盾构隧道为研究背景，进行了考虑隧道与土体相互作用性的大比例尺模型试验研究。
2试验概况2.1试验原型隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片衬砌，隧道内径5 500mm，管片厚350mm，宽1 200mm。
衬砌环分为6块，下部三块标准块的圆心角为67．5度，两邻接块的圆心角为68．0度，割顶块的圆心角为11．5度。
纵向接头16处，按22．5度等角度布臵。
分块图见图1。
图1 原型管片衬砌分块图2．2相似材料试验以几何相似比Cl=12和容重相似比Cr＝1为基础相似比，其他物理力学参数根据相似理论推围岩均采用特定比例的重晶石粉、石英砂、松香和凡士林的热融混合物模拟。
这些混合材料在化学反应结束后，基本不受温度和湿度的影响，以高压方法加压成型，围岩模型和原型物理力学参数见1表管片混凝土采用水膏比为1：1．50的特种石膏材料，通过预制加工现场安装的方法模拟，力学指标以石膏终凝时的实验值为准，管片混凝土原型与模型的力学参数见表2；管片混凝土环向主筋的相似材料采用直径1．2miil的铁质材料通过原型与模型的等效抗弯日渡EA模拟。
表 1 围岩模型和原型物理力学参数全部试验在专门制作的台架式钢板试验模型槽内进行。
盾构隧道混凝土管片衬砌内力分析(道路与铁道工程专业优秀论文)
第五章程序的界面处理ｆ３）提供了易学易用的应用程序集成开发环境；（４）结构化的程序设计语言；（５）支持多种数据库系统的访问；（６）支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接与嵌入技术（７）完备的Ｈｅｌｐ联机帮助功能。
５．２程序的界面处理隧道管片衬砌内力计算程序界面处理的思路是：通过界面将数据输入，并写入到ＦＯＲＴＲＡＮ程序中的数据文件，以便运行执行文件时调入；之后激活ＭＳ．ＤＯＳ窗口，进入到编译连接得到的执行文件所在的子目录下，运行执行文件；在计算程序中将盾构隧道衬砌各截面的内力及位移写入到输出文件：在后处理时将输出文件的数据读入并绘成内力图形。
卜ＩＡｌ介绍盾构隧道管片衬砌内力计算程序的界衄。
首先，点击由ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ形成的执行文件，弹出图５－１所示的窗口。
图５－１欢迎窗口点击“继续”按纽，弹出图５－２所示的窗口。
如选择均质圆环计算方法，将出现５—３所示窗口，提示均质圆环计算方法的数据文件路径及数据文件名。
第五章程序的界面处理图５－２选择计算方法窗口图５－３均质圆环数据文件路径及文件名窗口在“数据文件路径”下输入计算程序的数据文件所处的路径。
在“数据文件名”下输入数据文件名。
这一步是确保程序执行过程中的输入输出正常进行。
然后，点击“确定”按纽，弹出图５—４所示的“均质圆环数据输入窗口”。
图５－４均质圆环数据输入窗口在图５—４中，可以输入程序执行过程中所需要的数据。
前三个按钮分别为“管片尺寸及地层参数”、“配筋参数”、“千斤顶参数”的数据输入按钮。
第四个按钮为“数据文件写入”按钮。
单击“管片尺寸及地层参数”按钮，弹出“管片尺寸及地层参数卡”，如图５．５所示。
其上有“覆土厚度”、“地下水位”、“管片外径“、管片宽度”、管片厚度“、土容重”、“混凝土容重”、“土的粘接力”、“土的内摩擦角”、“地面附加压力”、“地基反力系数”、“侧向土压系数”、“刚度调整系数”、“弯矩增一３９—第五章程序的界面处理图５－５管片尺寸及地层参数窗口大系数”、“混凝土的弹模”、“钢筋的弹模”、“内力计算角度增量”、“钢筋允许拉应力”、“钢筋允许压应力”、“混凝土允许压应力”。
地铁盾构管片结构受力设计要点分析
地铁盾构管片结构受力设计要点分析近年来，随着城市化进程的加快，我国开始了大规模的城市地铁隧道建設，盾构法是一种在地面下暗挖隧道的施工方法，由于其施工速度快，适应性强，且不会对周边的其他基础设施造成影响，在城市地铁隧道建设中的应用越来越广泛。
盾构隧道施工技术最显著的特点是只需采用盾构管片就能实现任何线形对到的施工，另外，盾构管片作为隧道的外层屏障，直接承担着抵抗土层、地下水压力和其他特殊荷载的重任，所以盾构管片结构是否合理、质量是否优良与地铁隧道的整体安全有着密切关系。
一、软土层地区地铁盾构管片结构的受力分析修正惯用计算法是一种比较适用于地铁盾构管片结构计算的方法，该法考虑了接头效应、螺栓孔的存在和拼装方式，并引入了抗弯刚度有效率η（η≤1，通常取值为0.6-0.8），计算时取圆环抗弯刚度为η×EI，一般以接头刚度的降低来代表圆环抗弯刚度的下降。
修正惯用计算法荷载包括竖直方向的荷载（垂直水压力、上覆土压荷载等）和水平方向的荷载（水平土压力、水平水压力以及均变三角形荷载等）。
在地铁盾构管片结构设计中，一般通过修正惯用计算法计算出的内力进行配筋设计，该法模型图1。
（注：PP表示地基水平抗力，PJ表示注浆压力）图1 修正惯用计算法模型接头处内力和管片内力计算公式：Nf=N （1）Ng=N （2）式中，——弯矩调整系数，取0.3-0.5；M、N——分配前的均质圆环计算弯矩和轴力；Mf、Nf——分配后接头弯矩和轴力；Mg、Ng——分配后管片本体弯矩和轴力。
地铁盾构管片计算荷载包括永久荷载、可变荷载、偶然荷载和组合荷载，其中管片结构自重、土压力和水压力、侧向地层压力以及地基垂直抗力等属于永久荷载，地面超载和灌浆压力则属于可变荷载，一般按照20kPa、0.1MPa均布荷载计算地面超载和灌浆压力。
偶然荷载指的是地震力和人防荷载，一般按6度设防计算地震力，按六级人防计算人防荷载，但实践表明，地震力、人防荷载和注浆压力不起控制作用，采用修正惯用计算法对软土层地区地铁盾构管片结构内力进行分析时不考虑偶然荷载。
盾构隧道管片衬砌的内力分析
文章编号:1004—5716(2002)05—94—03中图分类号:U455143 文献标识码:B 盾构隧道管片衬砌的内力分析肖龙鸽,薛文博(中铁隧道集团三处有限公司,广东乐昌512250)摘 要:结合上海市大连路越江隧道的工程特点,采用结构力学解析方法及多种计算模型进行了越江隧道盾构管片衬砌的内力计算,通过对衬砌内力的分析,为目前城市地铁区间盾构隧道管片衬砌内力计算探索出了一条计算模式。
关键词:盾构隧道;管片;衬砌;内力分析1 工程概况上海市大连路越江隧道横穿黄浦江,根据隧道所穿越土层的工程地质、水文地质条件而采用盾构法施工,衬砌采用单层装配式钢筋混凝土衬砌,衬砌外径为 11.040m,衬砌厚度δ= 55cm。
根据地质资料,浦东段沿线地基土按其岩性、时代、成因及物理力学性质差异从上至下可划分为10层,其工程地质特性如下:(1)人工填土层:以杂填土为主,部分素填土。
(2)褐黄～灰黄色粉质粘土:可塑～软塑状,中～高压缩性。
(3)灰色淤泥质粉质粘土:流塑,高压缩性。
(3—a)灰色粉质粘土:很湿～湿,中压缩性。
(4)灰色淤泥质粘土:流塑,高压缩性。
(5—1)灰色粘土:软塑状,高压缩性。
(5—2)灰色粉质粘土:可塑,中压缩性。
(6)暗绿～草黄色粘土:可塑～硬塑状,中压缩性。
(7-1)草黄色砂质粉土:湿,中密,中压缩性。
(7-2)草黄色粉细砂:湿,密实,中压缩性。
2 管片衬砌的内力分析2.1 概述地下结构设计和进行力学计算的模型和方法较多,目前主要采用荷载结构法设计模型和荷载结构法进行计算。
荷载结构法认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载,以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形,荷载结构法又可区分为两类:局部变形理论计算法和共同变形理论计算法。
图1为圆形衬砌常用计算方法的计算简图,其中,图1(a)表示周边承受主动荷载的自由变形圆环,对于松软地层可按自由变形圆环计算内力,图1(b)所示的圆环在侧向作用有弹性抗力,在坚硬地层中圆形衬砌结构内力计算必须考虑弹性抗力的作用。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨随着城市的发展，地铁建设越来越受到人们的重视。
在地铁建设中，隧道是非常重要的一个环节。
而地铁隧道的建设离不开盾构技术。
盾构隧道是一种应力连续的结构，其稳定性和安全性对于地铁建设至关重要。
而管片是盾构隧道的基本构件，其结构设计更是直接决定了地铁隧道的安全和稳定性。
因此，对地铁盾构隧道管片结构设计进行探讨和研究，对提高地铁隧道的建设质量和安全水平具有非常重要的意义。
首先，管片结构设计需要考虑地质条件和盾构机的工作状态。
在地铁建设中，盾构隧道建设一般分为典型地质段和复杂地质段两种情况。
因此，针对不同的地质条件，管片的结构设计也会有所不同。
同时，盾构机的工作状态也会对管片结构设计产生影响。
例如，在盾构机前方的地质条件较好时，管片可以减少环状补强构件；而如果地质条件较差，盾构机会受到更大的阻力，需要加强管片的结构以保证施工安全。
其次，管片结构设计需要考虑管片自身的强度和刚度。
盾构隧道的管片结构需要能够承受地下水压力、土压力、车载荷载等多种载荷作用，因此管片的强度和刚度是非常重要的。
通过合理的结构设计、选用适当的材料和加强设计等措施，可以提高管片的强度和刚度，从而提高地铁隧道的稳定性和安全性。
其三，管片结构设计需要考虑其与环缝的连接方式。
一般情况下，管片是通过环缝来连接的。
环缝连接方式对管片的结构设计和制造都有特殊的要求。
例如，环缝设计需要考虑管片的受力情况和连接的精度；同时在制造过程中，需要注意环缝的制造和连接精度，以确保管片的连接质量和安全性。
最后，管片结构还需考虑施工方便性和经济性。
地铁盾构隧道建设需要统计成本，并尽量减少工期，因此管片的结构设计也需要考虑到施工的方便性和经济性。
例如，可以采用模块化结构设计，以方便加工和运输；同时还可以优化构件的布局和减小构件数量，以降低制造成本和施工难度。
综上所述，地铁盾构隧道管片结构设计对提高地铁隧道建设的安全性和稳定性至关重要。
在管片结构设计过程中，需要考虑地质条件和盾构机的工作状态，管片自身的强度和刚度，管片与环缝的连接方式以及施工方便性和经济性等因素。
粘性地层地铁盾构隧道管片结构力学特征研究
粘性地层地铁盾构隧道管片结构力学特征研究摘要以南京地铁一号线为工程背景,采用现场试验的研究手段对穿越粘性地层的盾构隧道管片结构在施工全过程和稳定期的力学行为进行了系统研究,同时采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型对其进行了有限元数值模拟分析,并将结果进行比较和综合,提出了粘性地层条件下地铁盾构隧道管片结构的设计原则与方法。
关键词盾构隧道管片结构现场试验数值模拟力学分析1 前言盾构隧道单层拼装式管片衬砌结构的内力及变形计算模型,通常采用均质圆环模型[1]及考虑管片接头效应的梁-弹簧模型[2,3]。
虽然梁-弹簧模型考虑了管片接头效应,但实际的荷载模式及结构与围岩的作用模式等都是建立在一定的假设基础上,结果随参数取值的不同而具有较大的差异,具体的作用模式还有待进一步研究确定[2]。
为探明施工过程盾构隧道管片结构的力学行为特征,本文采用现场试验的研究手段对穿越粘性地层的盾构隧道管片结构在施工全过程和稳定期的力学行为进行系统研究,并将结果与梁-弹簧模型进行比较和综合,提出粘性地层条件下地铁盾构隧道管片结构的设计原则与方法。
2 试验概况2.1 试验断面现场试验断面位于南京地铁一号线TA15标段桩号YK13+872处,洞身位于淤泥质粉质粘土中,隧道上覆约4m厚淤泥质粉质粘土,表层为粉砂夹细砂,隧道埋深9m左右,地质概况如图1所示。
地铁区间盾构隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片构筑衬砌环,管片环内直径5.50m,幅宽1.20m,厚0.35m。
衬砌环由6块管片组成,封顶块圆心角21.5°,2个邻接块圆心角68.0°,3个标准块圆心角67.5°,每环管片设16处纵向接头,接头按22.5°等角度布置,管片环在纵向采用45°错缝式拼装,衬砌管片环拼装及试验断面如图2所示。
2.2 试验内容现场试验从管片衬砌托环瞬间开始一直到各测试项目稳定为止。
试验内容包括作用在盾构隧道管片结构上的土压力、孔隙水压力以及管片结构的内力:采用量程为0.3MPa的XYJ-3型刚弦式土压力盒测试土压力;采用量程为0.2MPa的XJS-2型孔隙水压力计测试孔隙水压力;采用量程为3000微应变的XJH-2型刚弦钢筋应变仪测试管片内、外侧应变,通过管片内、外侧应变再得出管片的内力。
上软下硬复合地层地铁盾构隧道管片的力学性态研究
摘要针对上软下硬复合地层这种特殊的地层结构，现有的地铁盾构隧道设计和施工更多的凭借工程师已有经验，迄今为止仍没有可以依据的理论体系和设计施工规范，而在此地层中，衬砌管片环受力及变形特征与在均一岩土层中势必会有所区别，本文试图对该课题进行一些探索，针对设计方法、施工阶段、地铁列车运营阶段及地震荷载作用下等多个不同方面，开展如下几个方面的工作：（1）建立精细三维管片模型，模拟上软下硬复合地层中盾构隧道管片的受力特征，并对衬砌管片环在岩层中的地层复合比进行参数分析。
研究结果表明：上软下硬复合地层中，管片环拱底处几乎没有竖向位移，管片环拱顶及拱腰向内侧收敛。
在设计时轴力取梁-弹簧法得到的最大轴力进行设计即可，弯矩的取值与地层复合比有关，在设计时应将地层复合比m=0.85当作关键工况，予以考虑。
（2）对上软下硬复合地层施工过程中千斤顶顶推力进行公式推导，以珠海市区至珠海机场地铁盾构工程为背景，模拟上软下硬复合地层中盾构隧道施工阶段管片的变形特征，并对管片环在岩层中的地层复合比进行参数分析。
研究结果表明：理论计算公式得到的千斤顶顶推力大小与实测结果相差不大，能够用来指导实际施工及数值模拟，施工过程中，随着地层复合比m的改变，衬砌管片环的纵向及横向变形均会发生变化，当地层复合比为0.5时，盾尾管片环上下纵向差异变形达到最大。
（3）建立上软下硬复合地层盾构隧道的二维数值模型，基于地层结构法，研究列车动荷载及地震荷载作用下衬砌管片环的力学行为，探讨衬砌管片环及周围围岩的稳定性控制机理，运用经验公式，对长期动荷载作用下的永久沉降进行预测，并对盾构隧道由软土层进去硬岩层时的差异沉降进行理论分析，给出差异沉降过大的处理方法。
关键词：复合地层；盾构；管片；顶推力；运营；数值分析；地层复合比ABSTRACTNowadays design and construction of the metro shield tunnel is more depond on the experience of the engineer when tunnelling under the condition of upper-soft and lower-hard composite stratum, and no theoretical design and construction system to rely on. The deformation and mechanical behavior of the segment lining ring in this stratum certainly be differ with in homogeneous soil layers. This paper attempts to explore some of the issues, focusing on some different aspects: design methods、construction phaseoperation phase and worked under earthquake on the following aspects:(1)3D simulation model was build, which included the segment and bolt, to simulation the deformation and stress during the shield tunneling under the condition of upper-soft and lower-hard composite stratum, and then analysis the influence of the ratio of soft soil in complex formation. The results show that there is almost no vertical displacement at the crown of the segment ring, and the arch segment convergences to the inner side under the condition of upper-soft and lower-hard composite stratum. The axial force calculated by spring-beam method can be used in shield tunnel segment structure design, the bending moment of segment is related to the ratio of soft soil, m=0.85 should be taken into consideration when constructional design.(2) The lifting jack force of the shield tunnel during the construction phase take the empirical value in simulation, while in this paper, the lifting jack force formula is obtained in the context of upper-soft and lower-hard composite stratum based on practical engineering, namely, the Zhuhai urban subway to airport. Three-dimensional finite element software is adopted to analyze the deformation and mechanical behavior of the segment through 10 segment rings of the tunnel when tunneling at the construction stage. Result from calculation of the influence of the parameters m, which is the indicator of the composite ratio of the upper-soft and lower-hard stratum, shows that: there exists only little difference between the result of theoretical calculations and actual measurements, which means that the theoretical calculation can be used to provide reference to the actual construction and numerical simulation. Longitudinal deformation and lateral deformation of the lining segment ring will change with the composite ratio m during the construction stage. The additional bendingmoments induced by the uniformly distributed loads F s and F l reached their maximum values when m=0.5, and accordingly, the longitudinal deformation difference will reach its maximum （1.4mm）at the tail pipe.(3)Based on stratum structure method, the 2D model of the operation stage of the subway and earthquake under the condition of upper-soft and lower-hard composite stratum were established to discuss the mechanical behavior of the segment lining ring under the train dynamic loading, and discuss the stability mechanism of the segment lining ring and the surrounding rock. Permanent settlement under long-term dynamic loading was predicted with the empirical formula, the theoretical analysis of when the shield tunnel from soft soil layers into a hard rock, the processing method of excessive differential settlement was given in this paper.Keywords:Composite stratum; Shield tunnel; Segment; The lifting jack force; Operations; Numerical analysis; The composite ratio of soft soil;目录目录...................................................................................................................................... I V 第一章绪论.. (1)1.1 选题的背景和研究意义 (1)1.1.1 选题背景 (1)1.1.2 研究意义 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 管片计算理论研究现状 (3)1.2.2 盾构隧道施工阶段管片的力学响应研究现状 (3)1.2.3 运营阶段管片力学响应研究现状 (4)1.2.4 地震荷载作用下管片力学响应研究现状 (6)1.2.5 研究现状评价 (7)1.3 本文主要工作与创新点 (8)1.3.1 研究技术路线 (8)1.3.2 主要研究内容 (8)1.3.3 主要创新点 (9)第二章上软下硬复合地层盾构隧道管片设计方法研究 (10)2.1 引言 (10)2.2 管片设计方法说明及比较 (12)2.2.1 惯用法 (12)2.2.2 修正惯用法[52] (12)2.2.3 多铰圆环法[52] (13)2.2.4 梁-弹簧法[13] (14)2.3 上软下硬复合地层中盾构隧道管片受力分析 (15)2.3.1 地层复合比[53]的概念 (15)2.3.2 管片的受力模型 (15)2.3.3 模型的建立 (16)2.3.4 计算结果及分析 (21)2.4 上软下硬复合地层盾构隧道管片结构设计与传统设计方法的比较 (29)2.5 本章小结 (31)第三章上软下硬复合地层盾构隧道施工阶段管片力学性态研究 (33)3.1 引言 (33)3.2 施工阶段衬砌管片的主要荷载 (33)3.2.1 千斤顶顶推力 (33)3.2.2 注浆压力 (37)3.2.3 水土压力 (37)3.3 上软下硬复合地层盾构隧道施工阶段的数值模拟及分析 (37)3.3.1 模型的建立 (37)3.3.2 千斤顶顶推力理论计算值与实测结果对比分析 (39)3.3.3 计算结果分析 (40)3.4 施工阶段不同地层复合比的影响分析 (42)3.5 本章小结 (47)第四章上软下硬复合地层盾构隧道运营阶段管片动力响应分析 (48)4.1 引言 (48)4.2 运营期数值模拟及响应分析 (48)4.2.1 地铁列车荷载的模拟 (48)4.2.2 动力时程分析 (49)4.2.3 模型的建立 (51)3.2.4 位移内力响应分析 (53)4.2.5 周围围岩响应分析 (55)4.2.6 不同地层复合比下响应分析 (55)4.3 长期循环列车荷载作用下累计沉降分析 (59)4.3.1 动荷载作用下累计变形理论 (59)4.3.2 动荷载作用下长期累计变形产生的差异沉降分析 (61)4.4 本章小结 (65)第五章上软下硬复合地层盾构隧道地震动力响应分析 (67)5.1 引言 (67)5.2 有限元模型的建立及分析 (67)5.2.1 地震波的选取 (67)5.2.2 模型的建立 (68)5.2.3 结果分析 (68)5.3 不同地层复合比下地铁盾构隧道地震动力响应分析 (69)5.4 不同地震级别的动力响应分析 (72)5.5 本章小结 (73)结论、建议、成果及展望 (74)结论 (74)建议 (74)成果 (75)展望 (75)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (80)致谢 (81)第一章绪论第一章绪论1.1 选题的背景和研究意义1.1.1 选题背景城市轨道交通地铁盾构隧道属于浅岩层隧道结构，现有的设计理论及方法均建立在均质地层的基础上，而均质地层在自然界中并不存在，当隧道断面内的岩土力学性质相差不大时是适用的，但若为复合地层时，其适用性有待商榷。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨地铁盾构隧道是城市地铁建设中常用的隧道施工方法，其管片结构设计对隧道的安全性和稳定性有着重要的影响。
本文将对地铁盾构隧道管片结构设计进行探讨，分析其设计原理和关键技术，以期为地铁隧道工程设计提供参考和借鉴。
一、地铁盾构隧道概述地铁盾构隧道是一种利用盾构机械设备进行隧道开挖，并在后续施工过程中逐步安装预制的环形混凝土管片，最终形成一条完整的隧道结构的方法。
盾构隧道工法因其施工速度快、对地表干扰小等特点，被广泛应用于城市地铁建设中。
盾构隧道的管片结构通常包括拱顶板、墙板和底板三部分，它们紧密连接在一起，形成一个整体结构，支撑和稳定着地下土体，并使其不受地表交通和建筑物的影响。
二、地铁盾构隧道管片结构设计原理1. 结构设计原理地铁盾构隧道管片结构设计的基本原理是确保隧道结构的整体稳定和承载能力。
在设计过程中，需要考虑隧道所处地质条件、地下水情况、地表荷载和交通荷载等因素，合理确定管片的尺寸、强度和连接方式，以保证隧道结构在使用过程中不会发生变形、开裂或失稳等问题。
地铁盾构隧道管片结构设计需要符合国家相关标准和规范的要求，包括《城市地铁盾构隧道设计规范》、《地下工程施工技术规范》等。
设计要求包括管片的尺寸精度、混凝土的强度等技术指标，以及连接方式、防水措施、抗震能力等隧道结构的安全性要求。
1. 材料选用地铁盾构隧道的管片通常采用高强混凝土预制构件，其混凝土强度需符合设计要求，并具有良好的抗渗性、抗冻融性和持久性。
管片的钢筋、钢筋混凝土连接器等材料也需要具备相应的技术性能，以保证隧道结构的安全可靠。
2. 结构连接地铁盾构隧道的管片之间需要进行精准的连接，通常采用钢筋混凝土搭接连接或机械连接的方式。
连接部位需要具备一定的承载能力和变形能力，以适应地下土体的变形和应力变化。
3. 水防护地铁盾构隧道施工过程中，需要采取相应的水防护措施，以防止地下水渗入隧道结构内部，导致管片混凝土开裂和腐蚀。
盾构隧道混凝土管片受力分析
２ ７ ２ ８
２ ９ ３ ０
１ ０ ４． ８ —１ ． ８ ４０
１ １ ０． ６ ８ ０ ．２
２ ．２ ７ ８ ２ ８ ７． ２
ｍｅ ｔｍｅ ｓ ｒ ｓｏ ｒ ｕ ｄ ａ ｅ ｎ ａ ｄ ｉｆｏ ｔｓ ｉｌ ｕ ｎ ｌｐ ｒ ｌ ｔ ｃ ｔ ｒｓ ｎ ａ ｅ ，ｓ ｍｓｕ ｈ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ ｅ ｐ ｒｅ ｃ ｙ ａ ａｙ ｎ ａ ｕ ｅ ｆｇ ｏ ｎ ｗ ｔ ｒａ ｄ ｓ ｎ ｎ ｗ ａ ｈ ｅ ｄ ｔ ｎ ｅ ｏｔ ｈ ｒ ｈ ｗａｅ ａ ｄ ｌｙ ｒ ｕ ｐ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｘ ｅ ｎ ｅ ｂ ｎ － ｌ ａ ｗｉ ｉ ｏ ｉ ｌ ｚｎ ｈ ｃ ｉ ｅ ｔ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｃｄ ｎｓ，Ｓ ｓ ｔ ｒ ｖｄ ｅ ｄ ｒ ｃｉｎ ｆ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅ ｇ ｏ ｎ ｗ ｔ ｒ ｎ ａ ｄ ｉｆｏ ｔ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｔ ｅ ｓ ｉｌ ｎ Ｏ ａ ｏ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｉｅ ｔ ｏ ｒ ｖ ｎ ｉ ｈ ｒ ｕ ｄ ａ ｅ ｄ ｓ ｎ ｎ ｗ ａ ｎ ｅ ｒ ｌｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｈ ｅｄ ｔ － ｈ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｐｔ ｎ ｈ ｕ ｎ ｌｄ ｉ ｉ ｇ ｉ ｃ ｔｒａ ｄ ｓ ｎ ａ ｅ ． ｅ ｒ ｎ ｎ ｒ ｈ ｗａｅ ｎ ａ ｄ ｌ ｙ ｒ ｖ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｉｃ ａｅ ｎ ａ ｄ ｌｙ ｒ ｈ ｅｄ ｔ ｎ ｅ ，ｇ ｏ ｎ ｗａｅ ｎ ａ ｄ ｉ ｆ ｗ ａ ｏ ａ ｙ ｗｏ ｄ ：ｒ ｈ ｗ ｔｒａ ｄ ｓ ｎ ａ ｅ ，ｓ ｉ ｌ ｕ ｎ ｌ ｒ ｕ ｄ ｔ ｒａ ｄ ｓ ｎ ｎ ｏ ｔｐ ｒ ｌ ｌ ｔ
盾构管片设计及受力分析研究
摘要盾构法是常用于软土地层中修建隧道的方法，而盾构管片在盾构法施工中作为盾构法隧道衬砌的组成部分，其大小尺寸以及结构形式与特点，都关系到盾构隧道的使用。
本文就管片设计中的一些主要的影响因素进行了相关的分析。
有限差分法作为盾构隧道的变形及其衬砌内力的计算方法，被广泛的应用于模拟隧道的开挖。
本文以合肥地铁1号线南宁站到贵阳站路段的工程实例为背景，运用有限差分程序flac3d，对盾构法施工的推进过程进行了三维仿真模拟，得到了周围土体的变形沉降以及衬砌管片的受力情况，并对建筑物的安全稳定性进行了评估，得出了一些有益的结论。
关键词：盾构施工；管片设计；荷载；数值模拟ABSTRACTShield method is often used in the construction of a tunnel in soft soil layer, and the shield in the construction of shield segment lining as part of the law of shield tunnel lining, its size and the characteristic of structural form, are related to the use of shield tunnel.In this paper, the major factors of the segment design have been analyzed..Finite difference method for shield tunnel deformation and internal force calculation method, is widely applied in the simulation of tunnel excavation.In hefei nanning station of metro line 1 to guiyang Station Road engineering examples as the background, using the finite difference program flac3d, advancing the process of shield for construction and 3 d simulation, the deformation of the surrounding settlements and force of the lining segment, and to evaluate the safety stability of the building, some useful conclusions are drawn.Keyword：Shield construction; segment design ;loading ;numerical simulation目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3本文主要研究的内容及方法 (2)第二章影响盾构管片设计的因素 (3)2.1 盾构法简介 (3)2.1.1 盾构法的发展 (3)2.1.3 盾构的基本构造 (4)2.1.4 盾构的分类 (6)2.1.5 盾构法施工主要步骤 (7)2.1.6 盾构法隧道的优缺点 (9)2.2 盾构管片的分类与选型 (9)2.2.1 管片形状尺寸及接缝形式 (10)2.2.2 管片分块形式 (10)2.3 盾构管片的结构设计...................................................错误！未定义书签。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨1. 引言1.1 背景介绍当今社会，城市交通日益繁忙，地铁作为城市重要的交通工具之一，受到了越来越多的关注和重视。
地铁隧道作为地铁线路的重要组成部分，承载着巨大的交通压力。
在地铁隧道的建设过程中，盾构法是一种常见且广泛应用的隧道掘进技术。
而盾构隧道的管片结构作为地铁隧道中的关键组成部分，具有很大的重要性。
管片结构的设计直接影响着地铁隧道的安全性、稳定性和使用寿命。
合理的管片结构设计能够有效减少地铁隧道施工阶段和使用阶段的风险，提高地铁线路的整体运行效率。
研究地铁盾构隧道管片结构设计原则、优化方法、施工技术和质量控制等方面的内容，有助于提高地铁隧道的建设质量和运行安全性。
本文旨在探讨地铁盾构隧道管片结构设计的关键技术和发展趋势，为相关研究和实践提供参考，并在此基础上提出建议和展望，推动地铁隧道管片结构设计的不断进步。
1.2 研究目的研究目的是通过对地铁盾构隧道管片结构设计的探讨，深入了解和总结相关原则和技术，为今后地铁盾构隧道管片结构设计提供参考和指导。
具体来说，研究目的包括以下几个方面：通过对管片结构设计原则的分析和总结，探讨如何在不同地质条件下选择合适的材料和结构形式，以确保管片结构的稳定性和耐久性。
通过管片结构参数优化设计的研究，探讨如何最大程度地减少材料消耗和提高结构强度，从而降低工程成本并提高工程效率。
通过管片结构施工技术的探讨，分析如何在施工过程中合理安排施工顺序和采用先进的施工设备，以确保管片结构的质量和减少施工风险。
通过管片结构设计的新思路的研究，探讨如何结合现代技术和理念，创新管片结构设计方案，提高设计水平和推动管片结构设计领域的发展。
通过以上研究，旨在为地铁盾构隧道管片结构设计提供更加科学和有效的设计方法，推动相关技术的进步和应用。
1.3 研究意义地铁盾构隧道管片结构设计是地铁隧道工程中至关重要的一部分，其设计的科学性和合理性直接影响地铁运营的安全和效率。
地铁盾构隧道管片结构设计探讨
地铁盾构隧道管片结构设计探讨【摘要】地铁盾构隧道管片结构设计是地铁隧道建设中的重要环节，本文通过探讨其设计原理、方法、材料选用、施工技术及质量控制等内容，旨在揭示其对地铁建设的重要性，展望未来发展前景。
地铁盾构隧道管片结构设计的研究具有重要的实际意义，能够提高施工效率、保障施工安全、优化工程质量。
通过本文的研究成果总结，对地铁盾构隧道管片结构设计领域的发展有着积极的促进作用。
这些研究成果将为地铁隧道工程的发展提供有益借鉴，推动地铁隧道建设向着更加安全、高效、可持续的方向不断发展。
【关键词】地铁盾构隧道、管片结构、设计探讨、背景、研究意义、研究目的、设计原理、设计方法、材料选用、施工技术、质量控制、重要性、发展前景、研究成果总结。
1. 引言1.1 地铁盾构隧道管片结构设计探讨的背景地铁盾构隧道是城市地下交通建设中常见的工程方式，其设计以及施工都是需要高度重视的环节。
而地铁盾构隧道管片结构作为地铁隧道中重要的组成部分，其设计对于地铁运行的安全性和稳定性起着至关重要的作用。
在过去的地铁建设过程中，隧道管片结构设计的问题时有发生，导致了一些地铁运行事故的发生，给城市交通带来了影响。
为了提高地铁隧道管片结构设计的水平，减少事故的发生，加强地铁隧道的安全性，以及提高地铁运行的效率，对地铁盾构隧道管片结构设计进行探讨是非常必要的。
通过对地铁盾构隧道管片结构设计的深入研究和讨论，可以不断积累经验，总结成功的经验，发现问题并解决问题，从而为地铁盾构隧道管片结构设计提供更好的参考和指导，保障地铁建设的顺利进行和城市交通的安全畅通。
1.2 研究意义研究意义是指了解和探讨地铁盾构隧道管片结构设计的重要性和意义。
盾构隧道是地下工程的重要组成部分，其管片结构设计直接关系到隧道的安全运行和使用寿命。
通过深入研究地铁盾构隧道管片结构设计，可以提高隧道设计的精准性和可靠性，减少设计错误和施工风险，保障地铁运行的安全和稳定性。
随着城市地铁建设的快速发展，不断探讨和完善地铁盾构隧道管片结构设计方法，可以促进地铁建设的科学化和规范化，推动地下工程技术的进步和创新。
地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究
第27卷 第1期 岩 土 工 程 学 报 Vol.27 No.1 2005年 1月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Jan., 2005地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究Study on mechanical behavior of segment of shield tunnel of metro with model test唐志成，何 川，林 刚(西南交通大学 地下工程系，四川 成都 610031)摘 要：以我国城市地铁区间盾构隧道为对象，采用几何比1/12、同时考虑盾构隧道管片接头效应和管片与土体相互作用效应，用三维土－盾构隧道相似模型试验对盾构隧道管片结构在不同拼装方式下的力学行为进行了研究，并将研究结果与梁－弹簧模型的理论分析结果进行了比较，得出的结论可为盾构隧道的设计提供参考。
关键词：盾构隧道；设计模式；拼装方式；模型试验中图分类号：U 455.43 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2005)01–0085–05 作者简介：唐志成(1964– ),男，四川达州人，高级工程师，西南交通大学在读博士研究生。
TANG Zhi-cheng ，HE Chuan ，LIN Gang(Dept. of Underground Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)Abstract: Based on the sectional shield tunnels of metro in China, mechanical behavior of segment structure of shield tunnel under the different erection methods has been studied with geometric proportion of 1:12 through the simulated model tests of 3D ‘ground-shield tunnel’ in which joint effects of segments and mutual action effects between segments and ground are considered. And the conclusion that has been drawn through comparing the obtained results with the theoretical results based on ‘beam-spring’ model can be presented as the references for the designs for shield tunnels.Key words: Shield tunnel; design mode; erection method; model test0 前 言盾构隧道单层拼装式管片衬砌结构的计算模型通常采用均质圆环模型］［1和考虑管片接头效应的梁－弹簧模型］［3,2。
地铁盾构法隧道管片设计的主要问题解析
地铁盾构法隧道管片设计的主要问题解析摘要：本文主要针对地铁盾构法隧道管片设计展开分析，思考了地铁盾构法隧道管片设计的关键性的问题，并对其问题的主要的解决方法进行了分析，希望可以为今后的设计工作带来参考。
关键词：地铁盾构法，隧道管片，设计，问题前言在地铁盾构法隧道管片设计的过程中，我们应该充分考虑到设计的重要性，对于设计的一些比较关键的地方进行重点关注，全盘考虑设计的所有问题，提高设计水平。
1、地铁盾构法隧道管片概述随着各大城市地铁交通的迅猛发展，造价低、机械化程度高的盾构法施工技术应用得越来越广泛，而标志隧道总体质量水平的管片使用数量也越来越多。
管片是隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型主要有钢筋混凝土管片、钢纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。
管片按拼装成环后的隧道线形分为：直线段管片、曲线段管片及既能用于直线段又能用于曲线段的通用管片，其中曲线段管片又分为左转弯管片和右转弯管片。
盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最外层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。
盾构管片的质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能，对控制地铁隧道的质量，保持地铁隧道的线形和保证地铁隧道使用寿命起着关键作用。
2、管片结构形式目前我国地铁工程中，盾构管片主要采取两种形式。
一种为楔形环(也称通用环)形式，其主要特点是采用一环具有楔形的管片，施工时通过调整每环之间不同组合的各块环片相对位置，拼装出隧道线形需要的直线段与曲线段隧道。
因而理论上只需要一种管片(包括钢模)即可实现任何线形隧道的掘进施工。
另外一种是在直线段隧道使用无楔环管片拼装，曲线段隧道则是在无楔环的基础上，增加有楔环进行组合拼装的直、曲组合环(也称普通环)形式。
因此，一般情况下，直、曲组合环形式的盾构管片应需要两种以上的管片(钢模)才能完成曲线隧道的掘进施工。
目前国内几个大城市地铁隧道用的管片形式，上海、北京为直、曲组合环形式；广州、深圳、南京则两种管片形式都采用。
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9.1管片衬砌结构力学分析过程9.1.1 前处理确定分析标题。
/TITLE, Mechanical analysis on segment lining of shield tunnel in Metro !分析标题/NOPR !菜单过滤设置/PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1KEYW,PR_STRUC,1 !保留结构分析部分菜单/COM,/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display: /COM, Structural1．材料、实常数和单元类型定义/PREP7 !进入前处理器ET,1,BEAM3 !设置梁单元类型，模拟管片衬砌ET,2, COMBIN14 !设置弹簧单元类型，模拟衬砌与地层相互作用R,1,0.3, 0.00225,0.3, , , , !设置梁单元几何常数，单位为m R,2,30e6, , , !设置弹簧单元几何常数，单位为Pa MPTEMP,,,,,,,, !设置材料模型MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,34.5e9 !输入弹性模量，单位为PaMPDATA,PRXY,1,,0.2 !输入泊松比MPTEMP,,,,,,,, !设置材料模型MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,2500 !输入密度，单位为kgSAVE !保存数据库2．建立几何模型（1）创建关键点。
K,100,0,0,0, !通过编号和坐标创建关键点，圆心位置K,1,0.5925,2.7877,0,K,2,-0.5925,2.7877,0,K,3,2.7105,0.8807,0,K,4,-2.7105,0.8807,0,K,5,1.6752,-2.3057,0,K,6,-1.6752,-2.3057,0, !以上6个关键点为管片环向接头位置SAVE !保存数据（2）创建盾构隧道轮廓线。
Larc,1,2,100,2.85 !通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧Larc,2,4,100,2.85Larc,4,6,100,2.85Larc,6,5,100,2.85Larc,5,3,100,2.85Larc,3,1,100,2.85 !以上为盾构隧道轮廓线的绘制SAVE !保存数据3．4. 创建弹簧节点所在的轮廓线（1）创建关键点。
K,11,0.7277,3.4235,0, !通过编号和坐标创建关键点K,12,-0.7277,3.4235,0,K,13,3.3287,1.0816,0,K,14,-3.3287,1.0816,0,K,15,2.0572,-2.8316,0,K,16,-2.0572,-2.8316,0, !以上6点对应管片接头，只是半径更大了SAVE !保存数据（2）创建左右隧道弹簧节点轮廓线。
Larc,11,12,100,3.5 !通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧Larc,12,14,100,3.5Larc,14,16,100,3.5Larc,16,15,100,3.5Larc,15,13,100,3.5Larc,13,11,100,3.5 !以上为盾构隧道弹簧外节点轮廓绘制，如图9-6所示SAVE !保存数据4．单元网格划分（1）设置单元大小，每6度为一单元，共60个单元，如图9-7所示。
lsel,s,,,1,7,6 !选择线1和7LESIZE,all, , ,4, , , , ,1 !设置单元大小, 所有选择的线被划分成4个单元Allsel !选择所有元素lsel,s,,,2,8,6 !选择线2和8lsel,a,,,6,12,6 !再选择线6和12LESIZE,all, , ,10, , , , ,1 !设置单元大小, 所有选择的线被划分成10个单元Allsellsel,s,,,3,5,1 !选择线3到5lsel,a,,,9,11,1 !再选择线9和11LESIZE,all, , ,12, , , , ,1 !设置单元大小, 所有选择的线被划分成12个单元Allsel !选择所有元素/PNUM,LINE,1 !显示线/PNUM,ELEM,0 !显示编号/REPLOT !重新显示Lplot !显示线SAVE !保存数据（2）划分单元，其单元图如图9-8所示。
TYPE, 1 !设置将要创建单元的类型，二次衬砌MAT, 1 !设置将要创建单元的材料REAL, 1 !设置将要创建单元的几何常数lmesh, all !对所有的线进行单元划分SAVE !保存数据（3）创建弹簧单元，加了弹簧单元的单元网格如图9-9所示。
TYPE, 2 !设置将要创建单元的类型MAT, 1 !设置将要创建单元的材料REAL, 2 !设置将要创建单元的几何常数E,1,61 !通过单元的两个节点创建弹簧单元…… !依次继续直到所有的弹簧单元创建完成，其节点的编号如图9-10所示。
TYPE, 1 !设置将要创建单元的类型MAT, 1 !设置将要创建单元的材料REAL, 1 !设置将要创建单元的几何常数LCLEAR,7,12,1 !清除线16到23上的所有单元ALLSEL,ALL !选择所有元素NUMMRG,ALL, , , ,LOW !合并所有元素NUMCMP,ALL !压缩所有元素的编号/PNUM,KP,0 !以下为显示单元颜色/PNUM,ELEM,1/REPLOT !重新显示Eplot !显示单元Finish !返回Main Menu 主菜单SAVE !保存数据9.1.2 加载与求解1．加载（1）对四周各节点施加“Ux”和“Uy”两个方向的约束。
/SOL !进入求解器LST,2,60,1,ORDE,2 !选择要施加约束的节点，共60个FITEM,2,61FITEM,2,-120/GOD,P51X, ,0, , , ,UX,UY, , , , !在“Ux”和“Uy”两个方向的施加约束（2）施加重力加速度。
ACEL,0,10,0, !在Y方向施加重力加速度Save !保存数据（4）节点力的计算。
具体的计算公式如第3.3.3小节中介绍的等效节点荷载计算式，本实例采用EXCEL电子表格进行计算。
FLST,5,8,4,ORDE,5 !原则节点所在的6条线，线7到12 Allsel !选择所有元素lsel,s,,,7,12,1 !选择线7到12NSLL,R,1 !选择线上的节点/PNUM,NODE,1 !显示节点编号设置/REPLOTNPLOT !显示节点NLIST,ALL, , , ,NODE,NODE,NODE !列出节点坐标SAVE !保存数据（4）在节点上施加节点力，加上荷载和位移边界条件后的几何模型如见图9-11所示。
f, 1 ,fx, -3502.5 !在节点上施加X方向节点力f, 3 ,fx, -1170f, 4 ,fx, 0f, 5 ,fx, 3502.5f, 2 ,fx, 5790 !以上为在拱顶管片（封顶块）上施加X方向节点力f, 7 ,fx, 8017.5f, 8 ,fx, 10155f, 9 ,fx, 12187.5f, 10 ,fx, 14077.5f, 11 ,fx, 15825f, 12 ,fx, 17385f, 13 ,fx, 18765f, 14 ,fx, 19935f, 15 ,fx, 20887.5f, 6 ,fx, 21611.25 !以上为在左邻接块上施加X方向节点力f, 17 ,fx, 22098f, 18 ,fx, 22342.97396f, 19 ,fx, 22342.77605f, 20 ,fx, 22098f, 21 ,fx, 21611.25f, 22 ,fx, 20888.25f, 23 ,fx, 19935f, 24 ,fx, 18765f, 25 ,fx, 17385f, 26 ,fx, 15825f, 27 ,fx, 14077.5f, 16 ,fx, 12187.5 !以上为在左标准块上施加X方向节点力f, 29 ,fx, 10155f, 30 ,fx, 8017.5f, 31 ,fx, 5790f, 32 ,fx, 0f, 33 ,fy, 1170f, 34 ,fx, 0f, 35 ,fx, -3502.5f, 36 ,fx, -5790f, 37 ,fx, -8017.5f, 38 ,fx, -10155f, 39 ,fx, -12187.5f, 28 ,fx, -14077.5 !以上为底部标准块上施加X方向节点力f, 41 ,fx, -15825f, 42 ,fx, -17385f, 43 ,fx, -18765f, 44 ,fx, -19935f, 45 ,fx, -20888.25f, 46 ,fx, -21611.25f, 47 ,fx, -22098f, 48 ,fx, -22342.77611f, 49 ,fx, -22342.9739f, 50 ,fx, -22098f, 51 ,fx, -21611.25f, 40 ,fx, -20887.5 !以上为在右标准块上施加X方向节点力f, 52 ,fx, -19935f, 53 ,fx, -18765f, 54 ,fx, -17385f, 55 ,fx, -15825f, 56 ,fx, -14077.5f, 57 ,fx, -12187.5f, 58 ,fx, -10155f, 59 ,fx, -8017.5f, 60 ,fx, -5790 !以上为在右邻接块上施加X方向节点力f, 1 ,fy, -35354.4 !在节点上施加Y方向节点力f, 3 ,fy, -35745.6f, 4 ,fy, -35745.6f, 5 ,fy, -35354.4f, 2 ,fy, -34578 !以上为在拱顶管片（封顶块）上施加Y 方向节点力f, 7 ,fy, -33426f, 8 ,fy, -31896f, 9 ,fy, -30024f, 10 ,fy, -27816f, 11 ,fy, -25308f, 12 ,fy, -22536f, 13 ,fy, -19500f, 14 ,fy, -16248f, 15 ,fy, -12828f, 6 ,fy, -9264 !以上为在左邻接块上施加Y方向节点力f, 17 ,fy, -5604f, 18 ,fy, -1872f, 19 ,fy, 0f, 20 ,fy, 5604f, 21 ,fy, 9264f, 22 ,fy, 12828f, 23 ,fy, 16248f, 24 ,fy, 19500f, 25 ,fy, 22524f, 26 ,fy, 25320f, 27 ,fy, 27816f, 16 ,fy, 30024 !以上为在左标准块上施加Y方向节点力f, 29 ,fy, 31896f, 30 ,fy, 33418.8f, 31 ,fy, 34579.2f, 32 ,fy, 35179.2f, 33 ,fy, 35749.2f, 34 ,fy, 35749.2f, 35 ,fy, 35356.8f, 36 ,fy, 34579.2f, 37 ,fy, 33418.8f, 38 ,fy, 31896f, 39 ,fy, 30024f, 28 ,fy, 27816 !以上为底部标准块上施加Y方向节点力f, 41 ,fy, 25320f, 42 ,fy, 22524f, 43 ,fy, 19500f, 44 ,fy, 16248f, 45 ,fy, 12828f, 46 ,fy, 9264f, 47 ,fy, 5604f, 48 ,fy, 1872f, 49 ,fy, 0f, 50 ,fy, -5604f, 51 ,fy, -9264f, 40 ,fy, -12828 !以上为在右标准块上施加Y方向节点力f, 52 ,fy, -16248f, 53 ,fy, -19500f, 54 ,fy, -22536f, 55 ,fy, -25308f, 56 ,fy, -27816f, 57 ,fy, -30024f, 58 ,fy, -31896f, 59 ,fy, -33426f, 60 ,fy, -34578 !以上为在右邻接块上施加Y方向节点力2．求解（1）求解前设置。