盾构管片内力计算
盾构管片接头模型的改进及管片内力的数值计算
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总结
本次演示主要探讨了盾构管片接头模型的改进及管片内力的数值计算。通过 对盾构施工和管片的基本概念进行简要介绍，重点阐述了接头模型的改进方法和 管片内力的数值计算在工程实践中的应用。通过总结本次演示的主要内容和观点， 强调了改进盾构管片接头模型和计算管片内力的重要性，并提出了下一步的研究 方向。
结论与展望
本次演示提出了一种盾构衬砌管片接头内力变形统一模型，并对其进行了试 验验证。结果表明，该模型能够较好地预测实际工况下衬砌管片接头处的内力变 形行为。然而，该模型仍存在一定的局限性，例如未能考虑衬砌管片在受力过程 中的徐变效应以及长期荷载作用下的疲劳性能等。
展望未来，可以从以下几个方向进行深入研究：1）进一步完善衬砌管片接 头内力变形统一模型，考虑更多影响因素，提高预测精度；2）开展不同材料、 不同几何形状的衬砌管片接头内力变形研究，以期在实际工程中得到更广泛的应 用；3）研究衬砌管片接头的耐久性问题，探讨其在不同环境条件下的性能退化 规律；4）结合数值模拟方法，对衬砌管片接头内力变形进行更深入的分析和优 化设计。
盾构管片接头模型的改进及管 片内力的数值计算
目录
01 摘要
03 盾构施工概述
02 引言 04 管片概述
目录
05 接头模型改进
07 总结
06 管片内力数值计算 08 参考内容
摘要
本次演示主要探讨盾构管片接头模型的改进及管片内力的数值计算。在盾构 隧道施工中，管片接头模型的设计与管片内力的数值计算对于提高隧道施工质量 和安全性具有重要意义。本次演示首先简要介绍盾构施工的基本概念和管片接头 的模型，然后详细阐述接头模型的改进方法、管片内力的数值计算及其在工程实 践中的应用。最后，总结本次演示的主要内容和观点，并提出下一步的研究方向。
盾构管片排版计算公式
盾构管片排版计算公式
盾构管片排版计算公式F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d 安全储备系数A---一般取1.5---2.0。
盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+
切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6
1、依据盾构隧道平竖曲线要素、横纵断面及螺栓等设计信息，自动对通用管片进行通缝或错缝拟合排版；
2、管片和螺栓布局用户可指定；
3、通用管片环形式有：等腰梯形和直角梯形；
4、是否错缝拼接可控制，封顶块位置亦可控制；
5、由交点信息确定平曲线和竖曲线；
6、自动进行管片拟合排版，可生成三维管片排版图和二维展开图；
7、可生成拟合排版偏差图；
8、排版结果可以导入到CAD中；
9、计算结果图可自动输出到文件中，里程间隔用户可以指定。
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。
圆形盾构隧道衬砌管片的计算分析
第 46 卷第 5 期(总第 328 期) 2009 年 10 月出版 25 Vol . 46 ， No . 5 ， Total . No . 328 Oct . 2009
现代隧道技术
MODERN TU NNELLING TECHNOLOGY
圆形盾构隧道衬砌管片的计算分析
很难准确获得实际的地下水位。 因此，在选择用于 计算水压力的地下水位时应进行充分的论证，可 以通过分别取各种水位进行计算， 取最不利的情 况。
M/(kN·m) N/kN 配筋
207.0
-159.7
198.6
393.1
696.8
445.2
内侧 8φ22，外侧 8φ16
拱背力 均匀作用
注： “拱背力均匀作用”指将拱背土压力近似化成均 布 荷 载 G/(2R)，
叠加在拱上部土压力中作为竖向土压力.
圆形盾构隧道衬砌管片的计算分析
现代隧道技术
MODERN TUN NELLING TECHNOLOGY
接头处内力管片内力帆孝尬帆代第卷第期总第期年月出版匹摘要盾构法以其安全快速等优点在我国地铁隧道施工中得到了越来越广泛的应用但其施工成本相对较文献标识码图错缝拼装弯曲传递及分配示意作者简介张美聪男硕士工程师主要从事隧道与地下程方面的设计研究丁作呻譬万方数据现代隧道技术圆形盾构隧道村砌管片的计算分析计算所选用参数叼和亭主要根据经验选取
盾构管片内力计算
盾构管片内力计算1.盾构管片的基本介绍盾构是一种无顶进封闭式施工的地下连续墙体构筑方法。
它利用盾构机的推进力和土封结构的支护作用，实现地下隧道或管道的直接开挖和同步支护。
在盾构工程中，管片是构成地下连续墙体的基本单元，管片的结构设计和内力计算是盾构工程的重要环节。
2.盾构管片内力的分类-弯矩：在盾构管片中，由于土压力和地下水压力的作用，管片会受到弯曲力的作用。
弯矩的大小和方向会影响管片的变形和破坏。
-剪力：盾构管片在施工过程中会受到土压力和地下水压力的横向挤压力，产生剪力。
剪力的作用会导致管片产生横向位移和剪切破坏。
-轴力：盾构管片受到推进力的作用，产生轴向压力。
轴力的大小和方向也会直接影响管片的稳定性。
3.盾构管片内力计算的原理-应力平衡原理：根据盾构管片的自重和外力的作用，可以通过应力平衡方程计算出管片各个部分的内力分布。
应力平衡方程可以分为弯矩平衡、剪力平衡和轴力平衡方程。
-形状相关性原理：盾构管片是一个曲面结构，其变形与内力密切相关。
可以通过管片的几何形状以及变形原理，将管片内力计算问题转化为形状相关性问题。
4.盾构管片内力计算的方法-解析方法：解析方法是通过建立盾构管片力学模型，根据管片的几何形状和边界条件，应用材料力学原理，推导出一些基本方程和解答方法，如弯曲理论、剪切理论和轴力理论等。
这些方法适用于简单几何形状和载荷条件的情况，可以得到较为精确的结果。
-数值模拟方法：数值模拟方法是通过数值计算的方式求解盾构管片内力的数值近似解。
常用的数值模拟方法有有限元法、边界元法和离散元法等。
这些方法适用于复杂几何形状和载荷条件的情况，可以较为全面地描述管片内力分布。
5.盾构管片内力计算的注意事项在进行盾构管片内力计算时，需要注意以下几点。
-边界条件的确定：边界条件是影响盾构管片内力计算的关键因素之一，需要根据具体的工程情况进行准确的确定。
-材料性质的选择：盾构管片的材料性质对内力计算结果有着重要影响，需要根据实际情况选取合适的材料力学参数。
盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析
盾构隧道管片内力计算及配筋优化分析摘要：以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，采用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁〜弹簧法分别对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质硕地层、中软下硬地层、中硕下软地层），提出了各种算法和地层条件下，衬砌管片内力的分布和变化规律，经对比分析，结合盾构管片环结构的实际受力环境和特点，得出了指导和优化衬砌管片结构配筋设计的相关结论和建议，提升了结构的安全性和经济性。
关键词：盾构隧道；管片配筋；修正惯用法；三维梁〜弹簧法；1前言在城市轨道交通工程中，单层装配式混凝土管片是盾构隧道常用的衬砌结构型式，衬砌管片设计是盾构隧道结构设计的核心内容，与工程的安全性、经济性和耐久性密切相关。
常用的盾构管片内力计算方法有惯用法、修正惯用法、多较环法及梁■弹簧模型法[1-3],这些计算方法主要以二维分析为主，大致地模拟了盾构管片的受力状态，并选取讣算结果最大包络进行配筋。
这些算法简便、易于实现，但却未能充分精细地揭示管片的实际内力状态，因此管片配筋针对性较弱，影响工程的经济性。
本次硏究以北京某在建工程地铁盾构隧道衬砌管片为研究对象，考虑地层条件和衬砌构造的三维空间特征，充分考虑管片环内接头所引起的刚度下降以及错缝拼装导致的环间传力效应，分别釆用修正惯用法（公式法、地基弹簧法）、三维梁〜弹簧法对衬砌管片在不同地层条件下的受力进行分析（匀质软地层、匀质硕地层、中软下硬地层、中硕下软地层），通过对分析结论的整理、归纳，总结了各种算法的适用性和不同地质条件下衬砌管片内力的分布和变化规律，以期指导和优化衬砌管片结构设计，提升结构的安全性和经济性。
2工程概况盾构隧道埋深10・5m〜30m,穿越地层分为全断面卵石（匀质硬地层）、全断面粉土、粉质粘土交互（匀质软地层）、仰拱卵石、中部粉土（中软下硬地层）以及中部卵石、下部粉质粘土（中硬下软地层）等四种典型的地层结构（详见图1） O盾构隧道衬砌采用外径6.0m.幅宽1.2m、厚0.3 m的单层装配式钢筋混凝土管片，衬砌环山6块管片组成（详见图2）,错缝拼装，标准封顶块位置偏离正上方±22.5。
盾构管片衬砌结构设计计算
《地下铁道》7.5 盾构管片衬砌结构设计计算隧道与地下工程系7.5 盾构管片衬砌结构设计计算1.设计原则盾构法隧道宜采用荷载结构模型和地层结构模型进行结构计算，前者用于常规设计，后者用于特殊设计。
◆管片设计时可将其视为单独承受弯矩、轴力及剪力的线性梁来处理。
◆按相对于横断面方向的设计来决定管片的断面，根据地震及地基沉降的影响等来研究隧道纵断面结构的合理性。
1.设计原则◆荷载模式：浅埋与深埋、水土合算和分算。
◆结构模型：(1) 均质(等刚度)圆环模型在饱和含水软土地层中，主要由于工程上的防水要求，对由装配式衬砌组成的衬砌圆环，其接缝必须具有一定的刚度，以减小接缝变形量。
由于相邻环间接错缝拼装，并设置一定数量的纵向螺栓或在环缝上设有凹凸榫槽，使纵缝刚度有了一定的提高。
因此，圆环可近似地认为是一均质等刚度圆环。
1.设计原则◆结构模型：(2) 多铰圆环结构模型该原理在于圆环多铰衬砌环在主和被动土压作用下产生变形，圆环由一不稳定结构逐渐转变成稳定结构，圆环变形过程中，铰不发生突变。
计算假定：1)适用于圆形结构。
2)衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。
3)衬砌环外围土抗力按均匀分布，土抗力的计算满足对砌环稳定性的要求， 土抗力作用方向全部朝向圆心。
4)计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力。
5)土抗力和变形间关系按温克尔公式计算。
1.设计原则◆结构模型：在不稳定地层中，多铰圆环结构(铰的数量大于3个)处于结构不稳定状态，当圆环外围土层给圆环结构提供了附加约束，使得随着多铰圆环的变形而提供了相应的地层抗力，于是多铰圆环就处于稳定状态。
在稳定地层中，衬砌环按多铰圆环计算是十分经济合理的。
对圆环变形量要有一定的限制，并对施工要求提出必要的技术措施。
2.管片内力计算(1)均质圆环模型◆按普通圆形结构计算，不同的是因为衬砌圆环是由数块管片拼装而成的，它的刚度不如整体浇筑的圆环，应予以折减。
◆钢筋混凝土管片为0.7，复合管片为0.8，铸铁管片的刚度折减率可取为0.9。
盾构隧道管片衬砌计算方法比较
各土层和岩石的物理力学参数指标见下表： 各土层和岩石的物理力学参数指标见下表：
土层和岩石的物理力学参数
本次研究首先根据地质情况和基本荷载组合, 计算出管片衬砌所受 的荷载如下:
p1 q1 q2 pv 244.691kPa 105.271kPa 15. 358kPa 272.965kPa
弹性铰法 弹性地基梁 法 151. 0 792. 0 131. 0 10115
最大弯矩（kN·m) 最大轴力(kN)
六.结论 结论
通过上面的计算分析, 可得出以下几点结论: (1) 弹性铰法、弹性地基梁法和自由变形圆环法 计算得到的弯矩和轴力基本一致, 最大弯矩在 拱顶或拱底, 最大轴力在拱腰。从定性角度看, 三种方法计算结果比较吻合, 只是各种方法计 算结果的安全储备大小有差别。
盾构隧道管片衬砌内力计算方法比较
2011届结构二班 李修然
主要内容： 主要内容：
1.自由变形圆环法 2.弹性铰法 3.梁-弹簧单元模型 4.荷载计算 5.计算实例比较
一.自由变形圆环法 自由变形圆环法
自由变形圆环法是一种广泛应用的盾构隧道设 计方法。 假定圆形衬砌为土体中自由变形的弹性均质圆 环，计算时采用弹性中心法，根据弹性中心处 相对角变位和相对位移为零的条件列力法方程， 求出多余未知力。
根据荷载计算图式, 可知作用在管片衬砌上的 荷载有: 垂直土压和水压, 侧向土压和水压, 结 构自重, 土体抗力。
(1)
垂直土压 根据广州地铁二号线越秀公园～ 三元里区间 沿线地质、埋深等情况, 垂直土压力采用压力 拱理论计算：
(2) 侧向土体抗力 侧向土体抗力区任一截面水平弹性抗簧模型
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盾构管片内力计算
D.1隧道截面内力计算的基本原则
D.1.1隧道的结构计算，应根据施工过程中的每个阶段和竣工后的状态下的作用分别进行计算。
D.1.2隧道横截面的设计作用，应以作为设计对象的隧道区间内最不利的条件为基础进行确定。
D.1.3钢筋混凝土管片的非静定力或弹性变形计算，可不计算钢筋影响，将混凝土全截面视为有效截面进行计算。
D.1.4管片截面内力计算可采用惯用计算法、修正惯用计算法、梁弹簧模型法。
D.2隧道截面内力惯用法与修正惯用法计算
D.2.1隧道管片结构受力计算见图D.2.I-1o
图D.2.1-1隧道管片结构受力计算图
D.2.2惯用计算法和修正惯用计算法的隧道管片截面内力计算公式见表D.2.2-1o
表D.2.2-1惯用计算法和修正惯用计算法的隧道管片截面内力计算公式
D.2.3当利用惯用计算法、修正惯用计算法时，混凝土管片主体、管片接头的弯矩设计值应分别按下列公式计算：
叫=(1+C)M.
M,=(∖-ζ)M g
式中：M c —管片主体弯矩设计值(N ∙m);
M 1—管片接头弯矩设计值(N ∙m); M x —惯用计算法弯距计算值(N ∙m);
ζ——弯矩增减系数(0〜1.0),地基反力大的坚硬地基取低值，地基反力小的软弱地基取高
值。
D.2.4管片主体的剪力设计值取主体最大计算剪力值，同时应对斜向受拉钢筋进行应力校核。
D.2.5管片接头的剪力设计值取主体最大计算剪力值，应对每处接头的全部螺栓进行应力校核。
D.2.6当利用惯用计算法、修正惯用计算法时，不能计算环间设计剪力值，但可由垂直水、土压力及自重求解每一环的剪力值。
(D.2.3-1)
(D.2.3-2)。