广州地铁盾构隧道纵向弯曲变形评价方法研究

广州地铁盾构隧道纵向弯曲变形评价方法研究目前,盾构法修建地铁隧道在国内的地铁建设中占据了很大一部分比重。随着越来越多的地铁盾构隧道的建设和运营,盾构隧道的健康状态问题引起了许多专家和学者的重视。

运营盾构隧道的结构安全评价主要考虑横向变形和纵向变形两个方面,对于横向变形的计算及性能的研究有很多,纵向变形的研究却很少,且缺乏纵向变形安全评价的指标和评估方法。本文以广州运营地铁盾构隧道为研究对象,首先考虑了隧道横向“椭变”效应对纵向等效抗弯刚度的影响。

基于前人对隧道纵向变形理论计算方法研究的基础上,根据椭圆的参数方程,修正了纵向抗弯刚度计算公式中的中性轴位置,并由参数方程得到中性轴位置为c=bsinφ,从而推导出考虑横向效应下纵向等效抗弯刚度的理论计算公式,以及纵向变形曲率与环缝张开量的关系式。并由此建立环缝张开量与纵向变形曲率的关系,弥补了现有对盾构隧道横向和纵向变形之间相互影响的理论计算研究的不足。

其次,研究了纵向等效刚度螺栓环的假定对隧道纵向抗弯刚度计算公式的影响,利用Midas/GTS建立10环管片的三维精细数值分析模型,以广州地铁盾构隧道衬砌的结构参数,计算了实际接头和等效螺栓环接头给纵向等效抗弯刚度带来的差异,引入纵向管片螺栓环的等效抗弯刚度修正系数ζ。由计算可知,采用实际点状分布螺栓模型计算时,抗弯刚度相比等效螺栓环增加10%,得到等效抗弯刚

度修正系数为ζ=1.094,从而修正管片环等效螺栓刚度计算公式；并根据广州地铁6.0m直径的盾构隧道随管片环宽、螺栓型式和数量变化关系,得到等效刚度修正系数的组合表,增加纵向等效抗弯刚度和张开量计算公式的适用范围。

然后,研究了环缝张开量与管片衬砌环向接头螺栓的结构受力关系。根据精细化数值计算模型,分析了环向接头螺栓的应力状态,评价了不同环缝张开量值与螺栓应力的关系；结合广州地铁盾构隧道设计标准、施工要求及保证正常运营使用功能的要求,提出了盾构纵向弯曲变形的控制指标的等级标准建议值；综合全文的的研究内容,得到了适用于广州地铁盾构隧道纵向弯曲变形的安全评估方法。

利用本文提出来的纵向弯曲变形的安全评估方法,评估后续临近工程施工对既有盾构隧道纵向变形的影响,评价隧道纵向的健康状况。以广州地铁二号线某区间隧道临近基坑施工为工程背景,根据隧道断面的位移监测数据对数值分析软件Midas/GTS建立的数值模型合理性的验证,计算得到纵向弯曲变形曲线,按照控制指标与纵向曲线计算公式得到环缝张开量值,并由纵向变形控制指标的等级标准评估隧道的纵向性能安全状况,提出合理的处理意见和应对措施。