不同病害情况下盾构隧道环向刚度的计算方法_李春良
基于神经网络的盾构施工地表沉降预测 李会良
基于神经网络的盾构施工地表沉降预测李会良摘要：结合某盾构施工地表沉降监测数据，利用Peck公式对地表的横向沉降曲线进行拟合，提取地表沉降槽最大值Smax及沉降槽宽度系数i。
利用双层BP神经网络建立分析模型，将对应监测断面的地层参数以及施工工况作为输入参数，沉降槽最大值以及沉降槽宽度系数i作为输出值，选取数据作为样本进行训练，达到误差要求后运用此模型能够有效预测不同地层、不同工况下的地表沉降情况。
关键词：盾构；沉降槽；Peck公式；BP神经网络盾构施工过程中地表沉降是尤为重要的安全控制指标，但是在不同地层施工过程中的地表沉降值往往难以准确预测，只能结合施工过程中的实时监测来反馈，具有相当大的滞后性。
而盾构施工地表沉降是多因素综合影响的结果[1]，不同的因素之间构成复杂的非线性系统，在这种情况下，神经网络[2]的高适应性就凸显出来了，将相关的地表沉降影响因素及已有地表沉降数据作为已知的输入及目标输出来训练神经网络，即可准确预测相似地层条件下不同影响参数时的地表沉降结果。
1 工程概况某城市地铁轨道交通建设主体采用盾构施工，盾构穿越地层主要为粉质黏土地层，但是不同区段内土质物理力学参数差异性较大，同时因为盾构下穿基本为城市主要交通干线以及居民住宅区，因此对盾构施工地表沉降的控制尤为严格。
合理有效的盾构施工地表沉降预测方法能够有助于施工过程中优化资源配置，采取合理的地表预加固技术及范围，降低建设资源的浪费，同时便于更加高效的施工组织管理。
2地表沉降影响参数分析2.1地表沉降评价指标盾构隧道施工引起的地层位移的主要原因是隧道开挖引起的地应力释放和重分布[3]，目前使用最为广泛的是Peck公式[4]预估地表沉降的经验方法。
基于Peck提出用高斯分布拟合隧道引起的地表横向沉降槽方法，提出横向地面沉降估算公式：2.2地表沉降影响参数提取在土体的各项物理力学参数中，体积模量、泊松比、黏聚力以及内摩擦角对隧道开挖地层的强度和稳定性影响最为显著，因此工程中对上述四种土体力学参数的研究也最为广泛[5]。
盾构隧道纵向刚度及影响因素模型试验研究
盾构隧道纵向刚度及影响因素模型试验研究
隧道纵向刚度是影响防火墙隧道系统安全性的重要参数，有助于纵向的上护面的安全运动，为避免地震灾害和碰撞等风险，确定纵向刚度具有重要意义。
凝固布格一盾构是当前应用较广泛的防火墙构造，本文基于一盾构床格布格改造试验，系统研究了一盾构纵向刚度及其影响因素。
试验研究共采用了六个一盾构改造试件，分别为6尺和13尺，板宽2.2m，棱块厚度6cm和12cm，用于考察改造棱块尺寸和板宽对模型一盾构纵向刚度的影响，以及计算改造的一盾构的桥形截面的轴心受力。
研究结果表明：当改造棱块厚度增大时，一盾构的纵向刚度增大，同时，当板宽增大时，一盾构的纵向刚度也增大，找出以上变量对纵向刚度的影响，提出了改造一盾构纵向刚度的计算公式。
略（小于800字）
该研究旨在传递一盾构改造后的纵向刚度及其影响因素，分析出影响一盾构纵向刚度的重要因素和计算方法，以供实际工程参考。
有待进一步研究的问题是改造一盾构纵向刚度随横向荷载扰动的变化规律，以及改造纵向刚度对改造前加固体系的影响等。
盾构隧道环向接头等效刚度修正计算及其影响因素研究
盾构隧道环向接头等效刚度修正计算及其影响因素研究杨春山;莫海鸿;魏立新【摘要】The equivalent bolt stiffness is key to the circumferential design of shield tunnels. The three-dimensional refined model was established to calculate deviation of bolt stiffness between actual situation and equivalent joint as well as the correction stiffness coefficientη was proposed. Then, the influencing factors of the stiffness correction coefficient were explored and the correction formula of bolt equivalent stiffness was put forward, which was used for the typical engineering calculations. The results indicate that indispensable error appears during the longitudinal bending calculation when equivalent homogeneous bolt represents the actual joints of shield tunnels. The type of bolts change the joint stiffness, which makes the maximum error of stiffness correction coefficient reach 10.5%. The influence of bolt quantity on equivalent stiffness is obvious, and the correction coefficient increase linearly with increasing quantity of bolts. Outside disturbance has little impact on equivalent bolt stiffness when disturbance level is low and does not increase the error caused by equivalent stiffness. The displacement error of the typical engineering example are respectively 9.6% and 31.9% deviation from measurements with and without correction considered , respectively, so the correction calculation method of equivalent bolt stiffness is more reasonable.%管片环向接头等效刚度是盾构隧道纵向设计的关键参数.为此,建立盾构管片三维精细数值模型,计算分析等效接头刚度与实际螺栓接头刚度的偏差,引入等效刚度修正系数η;探讨刚度修正系数的影响因素,提出等效刚度修正计算公式,并应用于工程实例.研究结果表明:盾构隧道纵向计算中用等效螺栓环表征实际接头存有不容忽视的误差;螺栓型式影响实际点状分布接头刚度,导致不同螺栓型式等效刚度最大相差10.5%;螺栓数量对等效刚度影响明显,等效刚度随实际螺栓数量的增加近似线性增大;外部扰动水平不高时,对刚度等效影响很小,不会放大螺栓刚度等效引起的误差;实例计算中等效刚度修正前后位移计算结果与实测值误差分别为31.9%和9.6%,说明接头等效刚度修正计算方法更具合理性.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2017(014)007【总页数】8页(P1497-1504)【关键词】盾构隧道;接头刚度等效;修正计算;影响因素;数值计算;实例分析【作者】杨春山;莫海鸿;魏立新【作者单位】广州市市政工程设计研究总院,广东广州510060;华南理工大学土木与交通学院,广东广州 510641;广州市市政工程设计研究总院,广东广州510060【正文语种】中文【中图分类】U451盾构隧道常因外部扰动产生纵向变形，隧道纵向变形主要由环缝张开引起[1]，而隧道环缝张开一定程度上取决于环缝螺栓的刚度，因此合理评价等效螺栓刚度显然十分重要。
盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比浅析-黄河勘测规划设计研究院
盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比浅析邵岩 孟旭 央王卿（工程设计院）［摘要］简要介绍了盾构衬砌常用的荷载-结构计算方法，并通过算例计算分析，揭示了不同模型简化计算盾构衬砌内力的大小、分布规律，并提出了自己的见解，为以后的设计计算提供了有益的参考和提示。
［关键词］盾构衬砌内力计算荷载-结构法1引言盾构法隧道的衬砌结构在施工阶段作为隧道施工的支护结构，用于保护开挖面以防止土体变形、坍塌及泥水渗入，并承受盾构推进时千斤顶顶力及其他施工荷载；在隧道竣工后作为永久性支撑结构，并防止泥水渗入，同时支撑衬砌周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求。
盾构法隧道的设计内容基本上包括三个阶段：第一阶段为隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横断面形状和尺寸等；第二阶段为衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等；第三阶段为管片的内力计算，衬砌断面设计。
管片厚度、配筋率、混凝土强度等设计参数的合理与否, 对体现盾构法的优越性、降低工程造价及提高工程经济性影响甚大，其设计的合理性与管片采用的计算模型密切相关。
因此，选择合理的管片计算模型至关重要。
2盾构衬砌计算方法介绍目前关于盾构管片的设计还没有统一的设计计算方法，很多时候是用经验类比的方法进行设计。
对于装配式盾构衬砌结构，常采用如图1所示的计算方法。
2.1有限单元法有限单元法通常是基于地层—结构理论，认为衬砌与地层一起构成受力变形的整体,并可按连续介质力学原理来计算衬砌和周边地层的内力和变形。
通常做法是将土体与盾构衬砌联合建模，依靠现代化的ANSYS等有限元计算软件，可以模拟施工过程中隧道衬砌以及周围土体的受力情况。
图1装配式衬砌计算方法但是此种方法有其缺陷，管节的连接处难以简化和建模，通常采用折减整体衬砌刚度的方法来反应纵横向管节连接的影响。
2.2荷载-结构法［1］目前,国内外盾构隧道衬砌结构设计主要以荷载—结构计算模式为主。
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
盾构隧道管片衬砌计算方法比较
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即：
{F1} =[A-1] {F2} {F1} =[k12] {δ2}
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最终得到曲梁弹簧的节点力与节点位移的关系：
FF12kk1211
k12 k22
1 2
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谢谢大家
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由图可知: 自由变形圆环法、弹性铰法和弹性地基梁法 三种方法计算得到的最大弯距和最大轴力分别为：
方法
最大弯矩（kN·m) 最大轴力(kN)
自由变形圆 环法
156. 1
738. 0
弹性铰法 弹性地基梁 法
151. 0 131. 0
792. 0 10115
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(3) 弹性铰法拱顶弯矩与弹性地基梁法、自由变 形圆环法拱顶弯矩相比相差较大, 主要由于弹 性铰法考虑了管片接头刚度的削弱, 一般来说, 随着接头刚度的减小, 其弯矩明显减小。可见, 弹性铰法内力计算结果的准确性与接头刚度取 值的准确性有关, 而接头刚度又与管片接头形 式有关, 在无可靠的参考资料情况下, 通常只能 通过接头试验或经验确定。一般情况下, 弹性 铰法在管片衬砌内力计算中主要起校核作用。
不同病害情况下盾构隧道环向刚度的计算方法
期研究 盾构隧道病害发生后 的盾构 管片各截面 内力重新分布 问题 ， 为后续研究奠定基础 。
关键 词 ： 盾构 ； 管片 ； 病害； 管片接头 ； 环向刚度 ； 傅立 叶级数
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ７ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２—７ ４ １ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ０ ４
中图分类号 ： Ｕ ４ ５
文献标志码 ： Ａ
文 章 编 号 — ０ ６ ４ ５— ０ ５
Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ Ｒｉ ｎｇ Ｒｉ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ－ ｂ ｏ ｒ ｅ ｄ
Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ｗｉ ｔ ｈ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｄｉ ｓ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ
Ｌ Ｉ Ｃｈ ｕ ｎ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｙｏ ｎ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｕ
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ １ １ ８ ， Ｊ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ．Ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ： １ ）Ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ ｉ ｎ ｃ ｉ ｄ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｇ —
隧道混凝土管片接头极限状态抗弯刚度的计算模型
（ 1． 大连海洋大学 海洋与土木工程学院 ，辽宁 大连 116023 ； 2． 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 ，辽宁 大连 116024 ）
要： 为了分析轴力对混凝土管片接头抗弯刚度的影响 ， 将混凝土管片接头假设为梁模型， ， 基于混凝土管片接头截面力平衡方程和平截面假设 提出四种混凝土管片接头在极限状态时的抗 摘 计算四种模式下混凝土管片接头的抗弯刚度。 采用 弯刚度计算模型。以北京地铁盾构区间为例， 有限元方法模拟混凝土管片接头抗弯刚度的变化规律 ， 并与计算模型对比。结果表明， 混凝土管片 接头在极限状态时的抗弯刚度随着轴力的增加而增加 ， 且抗弯刚度与轴力近似为线性关系。 解析 模型计算结果与有限元模拟值基本一致 ， 验证了文中提出的解析计算模型的准确性 。 关键词： 盾构隧道； 混凝土管片接头； 抗弯刚度； 极限状态； 轴力； 计算模型 doi： 10． 3969 / j． issn． 2095 － 7262． 2017． 06． 015 中图分类号： U451 文章编号： 2095－ 7262 （ 2017 ） 06－ 0646－ 07 文献标志码： A
第 27 卷
第6 期
2017 年 11 月
黑 龙 江 科 技 大 学 学 报 Journal of Heilongjiang University of Science ＆ Technology
Vol． 27 No． 6 Nov． 2017
隧道混凝土管片接头极限状态抗弯刚度的计算模型
1 2 2 王志云 ， 李守巨 ， 李雨陶
Abstract ： This paper introduces the study of the effect of axial forces on the bending stiffness of concrete segment joints by assuming the concrete segment joints as a beam model． The study drawing on the equilibrium equation of force and the assumption of plane section involves developing the bending stiffness computational models of segment joints； discussing influences of axial forces on the bending stiffness of concrete segment joints based on a shield interval of Beijing subway； simulating the regularity of changes in the bending stiffness of concrete segment joints using Finite Element Method （ FEM ） ； and comparing the results with those of the computational models． The investigation shows that the bending stiffness of concrete segment joints in the limit state increases with the increase of the axial force and there is a approximately linear relationship between the bending stiffness is and the axial force． The agreement between the calculation results derived from analytical models and ones computed by FEM verifies the accuracy of the proposed computational model． Key words： shield tunnel； concrete segment joints； bending stiffness； ultimate state； axial force； computational model
中国中铁隧道集团再夺詹天佑大奖 达到18项
ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｅ ｎ ｅ ・
［ １ ０ ］ 钟小春 ， 张金荣 ， 秦建 设 ， 等． 盾 构隧道 纵 向等效弯 曲刚
度 的简化计算模 型及影 响因素分析 ［ Ｊ ］ ． 岩土力学 ， ２ ０ １ １
（ １ ） ： １ ３ ２—１ ３ ６ ． （ Ｚ ＨＯ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ａ ｏ ｃ ｈ ｕ ｎ ， Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ｎ ｒ ｏ ｎ ｇ ， Ｑ Ｉ Ｎ
ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈ ｉ ｇ ｈ ｗ ａ ｙ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｔ ｕ ｒ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｅ ａ ｓ ｅ［ Ｊ ］ ．
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， ２ ０ １ １ （ ５ ） ： ４ ０—
ｄ ｉ ｓ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ －
ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， ２ ０ ０ ９ （ ４ ） ： １ ２ ３—１ ２ ５ ． （ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ）
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收稿日期：2013－04－08；修回日期：2013－05－21基金项目：住房和城乡建设部项目（2011K329）作者简介：李春良（1978—），男，吉林长春人，2008年毕业于吉林大学道路与铁道专业，博士，副教授，主要从事盾构隧道力学行为研究工作。
不同病害情况下盾构隧道环向刚度的计算方法李春良1，王勇2，王旭1（1．吉林建筑大学交通科学与工程学院，吉林长春130118；2．吉林省公路管理局，吉林长春130021）摘要：为研究盾构管片环向刚度分布问题，针对盾构隧道产生的各类病害和实际的接头位置，建立各类病害发生后的管片结构环向刚度模型。
计算结果表明：1）管片环向刚度模型的理论计算结果与管片的实际刚度分布情况相符，具有较高的精度。
2）刚度计算模型能真实准确地揭示出管片结构环向变刚度的分布情况，所建立的刚度分布模型是正确与合理的。
刚度模型的建立有利于后期研究盾构隧道病害发生后的盾构管片各截面内力重新分布问题，为后续研究奠定基础。
关键词：盾构；管片；病害；管片接头；环向刚度；傅立叶级数DOI ：10．3973/j．issn．1672－741X．2013．08．004中图分类号：U 45文献标志码：A文章编号：1672－741X （2013）08－0645－05Calculation Methods of Segment Ｒing Ｒigidity of Shield-boredTunnels with Different DiseasesLI Chunliang 1，WANG Yong 2，WANG Xu 1（1．School of Communications Science ＆Engineering ，Jilin Jianzhu University ，Changchun 130118，Jinlin ，China ；2．Jilin Highway Administration Bureau ，Changchun 130021，Jinlin ，China．）Abstract ：A rigidity model for the segment rings of shield-bored tunnels is established on basis of different diseases and different segment joint positions of the shield-bored tunnels ，so as to study the segment ring rigidity of the shield-bored tunnels．Calculation results show that ：1）The theoretical results coincide with the actual rigidity distribution of the seg-ment rings and have high accuracy ；2）The rigidity model can exactly reveal the rigidity distribution of the segment rings ，the segment ring rigidity model established is proper and rational ，and the establishment of the segment ring rigid-ity model is helpful to future researches on the redistribution of the internal force of segment rings after disease occurs to the shield-bored tunnels and it has laid a good foundation for follow-up studies．Key words ：shield ；segment ；disease ；segment joint ；segment ring rigidity ；Fourier series0引言随着使用时间的增长，许多盾构隧道的衬砌结构出现了不同程度的损坏，如衬砌结构的开裂、变形、掉块，渗水及材料的劣化等，其中衬砌裂缝的出现是最主要的病害之一，它还会导致其他形式病害的发生。
这些病害会影响盾构隧道结构的力学性能和安全性能，会降低管片环局部的刚度和变形能力。
由于盾构隧道的管片环属于超静定结构，局部刚度的改变会导致整个管片环向内力重分布情况的发生。
因此，在力学计算过程中，明确刚度的降低情况及刚度重分布问题是极为重要的。
目前，大多数学者对盾构隧道病害的研究主要集中在分析这些病害出现的原因及规律，并提出相应的加固养护措施［1－6］，也有部分学者对隧道病害的监测进行了研究［7－9］，而对盾构隧道出现相应病害后对管片结构损失后的刚度影响情况和刚度分布问题方面的研究并不多。
近年来，国内有少数学者对无病害的管片纵向刚度进行了研究［10－12］。
如能将管片环中随机离散的接缝或缺陷用统一的刚度模型表示，则能较为方便地描述隧道环向刚度的变化及对隧道环内力的影响情况，对今后认清隧道的内力重新分布问题及加固维修是极为重要的。
本文针对盾构隧道几种病害出现后的特点，建立相应的刚度模型，并计算出管片环出现相应病害后的环向刚度分布情况。
1常见盾构隧道病害1．1衬砌裂缝管片裂缝对盾构隧道的安全及耐久性影响较大，会引起隧道漏水和渗水，影响盾构隧道的使用功能和其他设施的安全。
如果不及时处理，将会产生严重的后果。
产生裂缝后的管片结构裂缝部位的刚度会降低，会引起管片的内力分布发生变化。
1．2漏水盾构隧道出现裂缝后，常会发生漏水现象，影响隧道的稳定性、安全性和洞内设施的正常使用。
如果渗水时间较长，还容易引起衬砌混凝土结构剥落及风化，最终使钢筋锈蚀膨胀导致混凝土衬砌管片的大面积开裂，降低衬砌的承载能力，严重威胁到管片结构的安全。
另外，管片壁后其他区域的地下水还会向渗水部位迁移，壁后一部分土颗粒会被渗水冲蚀掏空，在管片壁后土层中形成空洞，与周围地层脱离，并形成巨大水压力，影响围岩和管片的稳定性，威胁到隧道的安全。
1．3混凝土碳化与钢筋的锈蚀盾构隧道在使用一定年限后，混凝土材料的管片会发生一定程度的碳化。
混凝土碳化后会引起管片结构的表面损坏，加快内部钢筋的锈蚀，产生锈蚀裂缝，导致结构漏水和刚度降低，承载能力不足造成结构变形过大，影响隧道的使用寿命。
1．4混凝土剥离混凝土管片在长期使用下，由于受到各种不利因素的影响，会导致部分区域一定厚度的混凝土层剥落，造成粗骨料外露的现象，严重时还会造成骨料松脱，使局部管片厚度变薄，降低管片局部刚度，影响承载。
1．5冻害在北方严寒地区，由于温度低，部分隧道常受到冻融作用的影响而出现衬砌冻胀开裂、酥碎、剥落、漏水及挂冰等现象，使部分隧道难以发挥正常使用功能，最终导致衬砌劣化。
2盾构隧道管片环向刚度模型盾构的主要承力构件是衬砌，它由若干预制钢筋混凝土管片或砌块通过接头连接拼装而成［8］。
各接头处能承受一定比例的弯矩，但该部位并非完全刚接，也并非完全铰接，它破坏了管片环向刚度的等值连续性。
同时，环向接头部位的抗弯能力要比无接头的位置处削弱很多。
在盾构隧道力学计算过程中，如何将这种环向刚度分布的不均匀性反映到设计计算过程中是至关重要的，它决定了设计计算的安全性。
为准确地揭示出各类病害对盾构隧道环向受力的影响，必须先建立无病害情况下的管片环向刚度分布模型。
管片环结构示意见图1。
图1管片环结构示意图Fig．1Structure of segment ring由上文分析可知，管片接头部位可以承受一定比例的弯矩。
图1中管片环存在若干个接头，设无接头部位管片横截面的完整抗弯刚度为E 1I 1；接头的存在导致管片环在接头部位抗弯刚度下降，在接头部位设管片环抗弯刚度的损失效率为ξ，管片环在接头部位损失的抗弯刚度为ξE 1I 1，则管片环在接头部位最终剩余的有效抗弯刚度为（1－ξ）E 1I 1。
为了得到管片在环向各位置处的抗弯刚度环向分布模型，取第i 个管片接头并将其局部放大，如图1所示。
2．1接头部位损失的抗弯刚度公式为研究方便，在环向将管片环在第i 个接头，d i 位置处损失的抗弯刚度展开为级数形式，其表达式为ξE 1I 1=Σɕn =1q n sin （a n θ）。
（1）在式（1）中，a n =n /2，而q n =2π［∫d id i －c i ξE 1I 1sin （a n θ）d θ+∫d i +c i d iξE 1I 1sin （a n θ）d θ］=4ξE 1I 1n π·sin （a n d i ）·sin （a n c i ）。
（2）经整理，管片环在接头d i 处损失的抗弯刚度ξE 1I 1（θ）=Σɕn =14ξE 1I 1n π·sin （nd i 2）·sin （nc i 2）·sin （n θ2）。
（3）646隧道建设第33卷2．2带裂缝部位损失的抗弯刚度公式管片环在第j 条裂缝部位的抗弯刚度会下降，设在裂缝部位管片环抗弯刚度的损失效率为ξ'，根据上述过程可以得到带裂缝部位损失的抗弯刚度ξ'E 1I 1（θ）=Σɕn =14ξ'E 1I 1n π·sin （nb j 2）·sin （na j 2）·sin （n θ2）。
（4）2．3局部混凝土剥落损失的抗弯刚度公式管片环在第L 个局部混凝土脱落部位的抗弯刚度会下降，设在混凝土脱落部位管片环抗弯刚度的损失效率为ξᵡ，根据上述过程可以得到局部混凝土剥落损失的抗弯刚度ξᵡE 1I 1（θ）=Σɕn =14ξᵡE 1I 1n π·sin （ne L 2）·sin （ng L2）·sin （n θ2）。
（5）2．4管片环变刚度公式根据傅立叶级数关系，将抗弯刚度为E 1I 1的均匀圆环的刚度模型可以展开成以下级数形式：E 1I 1（θ）=Σɕn =12E 1I 1n π·［1－cos （n π）］·sin （n θ2）。
（6）由于管片环在环向各位置处的有效抗弯刚度为均匀环刚度与接头部位损失刚度之差，则根据式（3）—（6）可以建立管片在环向各位置截面处不均匀的连续刚度模型为EI （θ）=Σɕn =12E 1I 1n π·［1－cos （n π）］·sin （n θ2）－Σɕn =1Σk i =14ξE 1I 1n π·sin （nd i 2）·sin （nc i 2）·sin （n θ2）－Σɕn =1Σm j =14ξ'E 1I 1n π·sin （nb j 2）·sin （na j 2）·sin （n θ2）－Σɕn =1ΣJ L =14ξᵡE 1I 1n π·sin （ne L 2）·sin （ng L 2）·sin （n θ2）。