大断面越江盾构隧道管片接头选型研究
大断面越江盾构隧道管片拼装方式对结构内力的影响效应研究_封坤
第29卷第6期V ol.29 No.6 工程力学2012年6月June 2012 ENGINEERING MECHANICS 114 文章编号：1000-4750(2012)06-0114-11大断面越江盾构隧道管片拼装方式对结构内力的影响效应研究封坤1，何川1，邹育麟2(1. 西南交通大学地下工程系，成都 610031；2. 长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉 430000)摘 要：大断面越江隧道管片拼装方式对结构内力的影响一直引人关注，由于拼装方式的不同将引起管片结构内力的分布与量值的变化。
鉴于此，该文对圆形盾构隧道管片拼装效应的产生机理进行了理论分析，着重探讨了纵向相互作用力对管片环向内力的影响，随后以南京长江隧道为工程背景，对其管片在通缝与错缝拼装条件下结构环向内力分布及错缝拼装下目标管片内力沿圆周及幅宽方向的内力分布规律开展了原型试验研究。
结果表明，由于环间的相互作用效应，使错缝结构局部区域弯矩呈现出加强的效果。
在纵向螺栓作用区域，管片环向弯矩增幅、轴力降幅较大。
沿管片幅宽方向，正弯矩呈“凹”型分布，负弯矩呈“凸”型分布，轴力呈“凸”型分布。
该研究结果可为大断面水下盾构隧道的设计、施工和相关研究提供重要参考。
关键词：水下盾构隧道；管片衬砌结构；原型试验；管片拼装效应；拼装方式中图分类号：U451.4 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.08.0591STUDY ON THE EFFECT OF ASSEMBLING METHOD ON THE INNER FORCE OF SEGMENTAL LINING FOR CROSS-RIVER SHIELD TUNNELWITH LARGE CROSS-SECTIONFENG Kun1 , HE Chuan1 , ZOU Yu-lin2(1. Department of Tunnel and Underground Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2. Changjiang Survey Planning Design and Research Limited Co., Wuhan 430000, China)Abstract: The effect of assembling method on the inner force of segmental lining for cross-river shield tunnel with large cross-section has been concerned for a long time.Different assembling plan yields different distribution characteristics of inner force.In this paper,theoretical analysis is carried out to discuss the mechanism of assembling effect of circular shield tunnel, especially the effect of longitudinal interaction on circumferential inner force. Then based on Nanjing Yangtze River Shield Tunnel project, a prototype test is conducted to study the mechanical distribution characteristic of circumferential inner force in different assembling plan and the mechanical distribution characteristic of inner force of target segment (B5) along the circumference and width direction. The results show that, the effect of the interaction intensifies bending moment in local area when using staggered assembling, and the growth of bending moment and decline of axial force become larger near the longitudinal bolts. And along the width direction, the positive bending moment distributes as a concave type, the negative bending moment and axial force distribute as a convex type. The result can provide valuable references to design and construction of large-profile underwater shield tunnels; meanwhile it can also provide important reference to the correlative studies.Key words: underwater shield tunnel; segmental lining structure; prototype test; assembling effect; assembling method———————————————收稿日期：2010-08-17；修改日期：2010-10-27基金项目：高铁联合基金重点项目(U1134208)；国家杰出青年科学基金项目(50925830)；国家973计划项目(2010CB732105)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(SWJTU12BR036)通讯作者：何川(1964―)，男，重庆人，教授，博士，博导，地下工程系主任，主要从事公路、铁路及城市地铁隧道的科研、教学及咨询工作(E-mail: chuanhe21@).作者简介：封坤(1983―)，男，陕西南郑人，讲师，博士，从事盾构隧道的教学与研究工作(E-mail: windfeng813@)；邹育麟(1984―)，男，重庆人，博士生，从事盾构隧道设计理论方面的研究(E-mail: zouyulin_617@).工程力学 115盾构隧道设计与施工中常常采用不同的拼装方式，由于拼装方式的变化往往引起管片局部力学效应的复杂化。
超大断面越江盾构隧道结构设计与力学分析
2 盾构隧道管片结构设计
2. 1 隧道断面布置 根据公路隧道设计规范, 路缘带宽度为0. 50 m,
余宽为 0. 50 m, 检修道宽度为 0. 75 m , 通行限界宽 度为 14. 00 m, 检修道净高为 2. 50 m, 行车道净高 为 5. 00 m。考虑附属设施所需要的空间以及建筑 装修和调整施工误差所需要的空间, 在设备通行限 界外侧预留 10 cm, 由此得出盾构隧道的内净空直 径为 14. 74 m 。盾构隧道横断面布置如图 1 所示。
轨道交通越江隧道盾构选型及设计优化研究
轨道交通越江隧道盾构选型及设计优化研究Shield Type Selection and Design Optimization Case Study for Cross-River Shield Tunnel闫寒冰（中铁十四局集团有限公司，济南250014）YAN Han-bing(China Railway14th Bureau Group Corporation Ltd.,Ji’nan250014,China)【摘要】盾构机的选型是盾构施工成败的关键。
论文结合轨道交通资阳线宝台大道站—苌弘广场站盾构区间穿越沱江，盾构施工风险高。
综合分析多方面影响因素，对盾构选型及优化设计进行探讨分析，根据地质和水文特征，考虑地层渗透性和国内同类工程的选型经验，对比分析各方面影响因素，并进行盾构选型研究，决定采用改进型双模盾构机进行施工，有助于降低施工风险，保证工期。
【Abstract】The selection of shield type is the key to ensure the success of shield construction.The shield tunnel of Ziyang Line between Baotai Avenue Station and Changhong Square Station passes through Tuo River,resulting in high risk of shield construction.According to the geological and hydrologic characteristics,considering the formation permeability and the type selection experience of the same kind of projects in China,the paper compares and analyzes various influencing factors to carry out the type selection research of shield machine,and adopts the improved double-mode shield machine to carry on the construction,it helps to reduce construction risk and guarantee construction period.【关键词】轨道交通；盾构选型；越江隧道；设计优化【Keywords】rail traffic;shield type selection;river-crossing tunnel;design optimization【中图分类号】U455.3+1【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2024）03-0118-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2024.03.0351引言近年来,我国城市轨道交通建设进入了快速发展的阶段,盾构施工技术也得到了广泛的应用[1]。
盾构隧道管片拼装施工选型与排版总结[优秀工程范文]
![盾构隧道管片拼装施工选型与排版总结[优秀工程范文]](https://img.taocdn.com/s3/m/93d6547b49d7c1c708a1284ac850ad02de800781.png)
盾构隧道管片拼装施工选型与排版总结[优秀工程范文]盾构隧道管片拼装施工选型与排版总结区间盾构结构为预制钢筋混凝土环形管片,外径6200米米,内径5500米米,厚度 350米米,宽度 1200米米.在盾构施工开工前,应对管片进行预排版,确定管片类型数量.1）隧道衬砌环类型为满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇形纠偏的需要,应设计楔形衬砌环,目前国际上通畅采用的衬砌环类型有三种：①直线衬砌环与楔形衬砌环的组合;②通用型管片;③左、右楔形衬砌环之间相互组合.国内一般采用第③种,项目隧道采用该衬砌环.直线衬砌环与楔形衬砌环组合排版优缺点：优点—简化施工控制,减少管片选型工作量;缺点—需要做好管片生产计划,增加钢模数量.盾构推进时,依据预排版及当前施工误差,确定下一环衬砌类型.由于采用衬砌环类型不完全确定性,所以给管片供应带来一定难度 . 2）管片预排版1、转弯环设计区间转弯靠楔形环完成,分三种：标准换、右转弯环、左转弯环.即管片环向宽度六块不是同一量,曲线外侧宽,内侧窄.管片楔形量确定主要因素有三个：①线路的曲线半径;②管片宽度;③标准环数与楔形环数之比u值.还有一个可供参考的因素：楔形量管模的使用地域.楔形量理论公式如下：△=D(米+n)B/nR ①(D-管片外径,米:n-标准环与楔形环比值,B-环宽,R-拟合圆曲线半径) 本次南门路到团结桥楔形环设计为双面楔形,楔形量对称设置于楔形环的两侧环面.按最小水平曲线半径R=300米计算,楔形量△=37.2米米,楔形角β=0.334°.值得注意的是转弯环设计时,环宽最大和最小处是固定的 ,左转弯以K块在1点位设计,右转弯以K块在11点位设计,即在使用转弯环时,要考虑错缝拼装和管片位置要求.2、圆曲线预排版设需拟合圆曲线半径为450米(南门路到团结桥区间曲线半径值),拟合轴线弧长270米,需用总楔形量计算如下：β=L/R=0.6 ②△总=(R+D/2)β-(R-D/2)β=3720米米③由△总计算出需用楔形环数量：n1=△总/△=100 ④标准环数量为：n2=(L-n1*B)/B=125 ⑤标准环和楔形环的比值为：u=n2：n1=5:4 ⑥即在R=450圆曲线上,标准环和楔形环比例为5:4,根据曲线弧长计算管片数量,确定出各类型管片具体数量,出现小数点时标准环数量减1,转弯环加1.3）管片实际拼装位置排版管片拼装采用错缝拼装.1、管片点位整体排版由于管片拼装的规律性,所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序,并根据设计,模拟出联络通道和泵房位置,管片拼到联络通道处时,点位要正好和设计点位符合,否则联络通道位置会被改变.比如某区间,第325、326环是联络通道,此处拼装点位是11点,将标准块A3块拼到洞门位置.盾构始发时负环是6环,1环零环.从负环到325环共332环,第325环是11点,相当于第332环是11点,那么负环第一环点位应该是1点2、根据盾构姿态选用管片盾构机是依靠推力油缸顶推在管片上产生的反力向前掘进的,推力油缸按上、下、左、右四个方向分成四组,每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片的平面位置之间的空间关系,可以看出下一个掘进循环盾尾间隙的变化趋势.当管片平面不垂直于盾构机轴线时,各组推进油缸的行程就会有差异,当这个差值过大时,推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力,从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态.通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环,在两个相反的方向上的行程差值超过4米米时,就应该拼装转弯环来进行纠编.通过转弯环的调整左右与上下的油缸行程差值就控制在3米米以内,有利于盾构掘进及保护管片不受破坏.管片是在盾尾内拼装,所以不可避免的受到盾构机姿态的约束.管片要尽量垂直于盾构机轴线,让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上,这样使管片受力均匀,掘进时不会产生管片破损.同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙,避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片.当因地质不均、推力不均等原因,使盾构机偏离线路设计轴线时,管片的选型要适应盾构机的姿态.根据盾构机姿态选管片的计算方法如下：假定推进油缸行程：上：1850 米米下：1830 米米左：1820 米米右：1840 米米铰接油缸行程上：80 米米下：70 米米左：62 米米右：75 米米盾尾间隙：上：65 米米下：80 米米左：60 米米右：90 米米因推进油缸、铰接油缸安装在中盾上,反力支座在同一部位,所以推进油缸的行程差减去铰接油缸的行程差是管片要校正的偏移量.上下(上减下)：(1850-1830)-(80-70)=+10米米右左(右减左)：(1840-1820)-(75-62)=+7米米盾构机油缸的行程差大于5米米时,需要选楔型环,下一环所选楔型环管片的最大楔形量应处于右上方,管片走向应左向下,即要选左转环10点或右转环4点.如果盾尾和管片都处于真圆状态,上下盾尾间隙之和、及左右盾尾间隙之和分别等于150米米.所选管走向应使盾尾间隙趋于均等.盾尾间隙差：上下(上减下)： 65-80=-25米米右左(右减左)： 90-60=+30米米通过盾尾间隙判断,下一环管片走向应该是右下方,即选右转环11点或10点. 但行程差判断下一环管片走向应是左下方.综合考虑油缸行程差和盾尾间隙,管片应拼向下,或向右下方,那么只能从右转11点和10点两个里面选一个不通缝的点位.在进行管片选型的时候,只有盾尾间隙接近警戒值(60米米)时,才根据盾尾间隙选择管片.3、V米T系统选管片根据V米T系统程序中对各种相关因素的预先设定,程序会给所有后续管片进行评估,其中不利因素最少的一环会被选中.程序会沿已经计算好的纠偏曲线进行下一次模拟计算,预测第二环管片选型,即程序把预测的上一管环作为参考管环,进行下一管环顺序的计算.以下为V米T系统程序管片选择步骤：在一环掘进当中,主千顶的行程达到1700米米左右时,手动测量上一环管环的盾尾间隙.当掘进结束,推进油缸未收缩前,按相应格式把测的盾尾间隙输入程序,V米T系统就开始计算管片拼装点位.当计算结果出来后,接着操作人员应当检查上一环管片选型是否正确.如果其前面的操作无误,则此类管片应当是正确的 .V米T系统会计算的结果显示在屏幕的中央.如果对建议的管环满意,则可选择按键“Build”,进行管片拼装.如果对建议的管环类型不满意,或现有管片的类型限制,则可对其进行更换.首先选择屏幕中央要被替换的管环,接着从右栏中选定希望用的管片类型.利用屏幕上的箭头执行替换操作.如果一个管环是通过这种方式手动改变的,则管环类型型号码的两边就会有标识.此时就会对纠偏曲线进行重新计算.如果管片类型选择错误,后续管片就呈现红色警告.管片选型、拼装是盾构施工关键环节,根据预排版确定曲线上转弯环数量,给施工指导,考虑到标准+楔形环使用时的不确定性,现场一定要备有左、右转弯环,保证盾构连续推进..。
大型越江隧道工程盾构选型关键参数与控制
大型越江隧道工程盾构选型关键参数与控制缪佳敏【摘要】采用盾构工法进行隧道掘进时,最为关键的第一步就是盾构选型.如盾构机型式选择合理,即选型时全面考虑了盾构机掘进中所处的地质环境以及施工环境的要求,则对于确保施工质量和进度将大有裨益.反之,若选型失误,则易于发生故障,增加施工难度.主要以上海地区越江盾构隧道工程案例为基础,研究明确了大型越江隧道工程盾构选型的关键参数,包括场址的水文地质和工程地质特点、环保因素以及工程设计条件等;结合工程实践,明确了软土地区越江隧道盾构选型的控制要点,包括刀盘设计及刀具配置、推进系统与刀盘驱动系统设计优化、密封系统选择等;最后,提出了软土地区越江隧道的盾构选型策略.【期刊名称】《建设监理》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】4页(P81-84)【关键词】越江隧道;盾构法隧道;盾构机;选型;软土地区;控制【作者】缪佳敏【作者单位】上海地铁咨询监理科技有限公司,上海200032【正文语种】中文【中图分类】TU712采用盾构工法进行隧道掘进时，最为关键的第一步就是盾构选型。
如盾构机型式选择合理，即选型时全面考虑了盾构机掘进中所处的地质环境以及施工环境的要求，则对于确保施工质量和进度将大有裨益。
反之，若选型失误，则易于发生故障，增加施工难度。
在盾构法越江隧道工程中，盾构选型更是是保证工程顺利完成，降低工程风险的关键环节。
例如，南京长江隧道盾构机刀具设计为软岩刀，却因在江底遭遇砂砾卵石复合地层而磨损过度，最终不得不在水下进行高压换刀，整个事故导致停工 3 个月。
在具有软土地基特点的上海地区，随着盾构技术的发展，土压平衡盾构逐渐占据优势，而对于地层含水量大、上方有大水体的越江隧道则大多选择泥水盾构。
上海地区越江隧道穿越土层主要为软黏土、粉性土或砂土。
在上海已建及在建越江隧道工程中，除外环隧道采用沉管法施工外，均采用盾构法施工，且除早期的 2 条隧道采用网格式盾构以及较小直径的外滩光隧道采用土压式盾构外，全部选用了泥水盾构。
盾构机管片选型和安装
盾构管片选型和安装林建平在盾构法施工中，管片的选型和安装好坏直接影响着隧道的质量和使用寿命。
本文根据广州地铁三号线客～大区间的实际施工情况，就盾构管片选型和安装技术做总结分析。
一、工程概况客～大盾构区间分为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道，总长度为3016.933米，管片生产与安装2011环。
管片外径6000mm，内径5400mm，宽度1500mm，防渗等级S10，砼C50。
依据配筋将管片分为A、B、C三类，C类配筋最高、B类配筋最低；管片的楔形量38mm，分左转、右转、标准三类。
二、管片的特征1、管片的拼装点位本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。
管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。
拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式。
在广州盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。
管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。
同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9五个点位。
在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。
（竖列表示拼装好的管片，横向：√-表示可选后续的管片；×-表示不可选后续的管片）2、隧道管片排序鉴于管片拼装的规律性，所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序，并根据设计，模拟出联络通道和泵房位置，管片拼到联络通道处时，点位要正好和设计点位符合，否则联络通道位置会被改变。
在本工程中，是从左线始发，第325、326环处是联络通道，此处拼装点位是11点，将标准块A3块拼到洞门位置。
盾构始发时的负环是6环，1环零环。
从负环到325环共332环，第325环是11点，相当于第332环是11点，那么负环第一环点位应该是1点，或3点、5点、8点、10点。
管片排序时，要优化洞门的长度，在广州洞门长度要求在400mm以上，一环管片的长度是1500mm，在条件允许的条件下，通过调整始发负环的位置，把每节隧道两端的洞门长度之和控制在1500mm以内，当隧道长度除以管片长度的余数大于两倍最小洞门宽度800mm（各地洞门的最小宽度要求不同）时，就取余数的一半为洞门长度。
【精品】盾构隧道管片详细设计研究
盾构隧道管片详细设计研究盾构隧道管片详细设计研究盾构隧道管片详细设计研究摘要：盾构隧道管片的详细设计国内目前尚无规范可遵循，然而，此项工作却是盾构隧道结构设计中极为关键的一环,其设计是否合理，直接关系到工程的安全、造价及使用。
通过对国内轨道交通工程常用盾构管片细部尺寸的研究及归纳，本文详细论述了各尺寸的设计方法及注意事项，包括结构形式、分块方案、拼装方式、连接形式、接缝设计、手孔设计等内容。
关键词：盾构隧道；管片结构；分块方案；接缝；螺栓；中图分类号：U452.1+3 文献标识码：A文章编号：、概述盾构法施工的隧道在我国地铁、铁路、公路、水利等行业应用的越来越广泛，并取得了良好的经济和社会效益。
但是关于盾构隧道管片的详细设计国内目前尚无规范可遵循，很多设计单位是根据设备厂商所提供的方法进行设计,更多的则是采用模仿。
然而，此项工作却是盾构隧道结构设计中极为关键的一环,其设计是否合理，直接关系到工程的安全、造价及使用,因此，很有必要对盾构管片详细设计进行研究及归纳。
、盾构管片详细设计的内容盾构管片详细设计包括的主要内容有如下几方面：确定隧道内部尺寸、管片结构形式、管片厚度、宽度、分块方案、拼装方式、楔形量、连接方式、防水设计、管片接缝张开量、榫槽的设置、管片螺栓设计、管片手孔设计等。
上述项目基本涵盖了盾构管片详细设计的内容，既以上项目确定后，管片的设计工作也就完成了。
、盾构管片详细设计的主要内容盾构隧道内轮廓对于地铁隧道，由建筑限界和车辆限界决定；对于铁路隧道，出了考虑建筑限界外，还要考虑空气动力学、救援通道、各种附属设施等；对于公路隧道，由车流量和车道数目决定。
另外盾构隧道内径空的确定，还需要考虑施工误差、测量误差、设计拟合误差、不均匀沉降等因素。
目前国内地铁大部分均采用A1型车辆，对应的盾构隧道建筑限界为5200mm[1]。
施工误差、测量误差、设计拟合误差一般考虑50～100mm,不均匀沉降一般考虑50mm，因此地铁盾构隧道内径一般为5400mm，如北京地铁、广州地铁、西安地铁、成都地铁等；也有采用直径为5500mm的情况，如上海地铁、宁波地铁、天津地铁等。
盾构法隧道管片选型及拼装技术
盾构法隧道管片选型及拼装技术文章通过介绍盾构隧道管片的设计依据、楔形量、管片种类及选型、管片拼装点位选择方法和原则、管片拼装过程中应注意的问题等方面，阐述了盾构法隧道施工中的管片选型及拼装技术，以确保施工质量，供读者参考。
标签：盾构法；隧道施工；管片选型；管片拼装引言盾构法隧道施工技术在目前的城市地铁、轨道交通等地下隧道工程中的运用日益广泛，文章结合了深圳地铁5号线、7号线，台山核电站海底取水隧洞工程盾构施工，对盾构隧道施工中管片选型及管片拼装技术进行了总结和探讨。
1 管片选型1.1 盾构隧道管片设计管片宽度、厚度、配筋、砼强度和抗渗等级、分块长度、楔形量、直径等，均是管片设计的要素。
（1）管片厚度和配筋、砼强度和抗渗等级要根据全线的工程地质情况、隧道覆土厚度、施工荷载状况、隧道的使用目的及管片施工条件等多种因素確定，对管片配筋要进行试算和验算。
（2）管片环宽与分块设计主要由管片的制作、防水、运输、拼装、隧道总体线型、地质条件、结构受力性能、盾构掘进机选型等因素确定。
衬砌管片宽度越大，隧道结构的纵向刚度越大，抗变形能力越强；衬砌环纵向接缝越少，漏水环节、螺栓数量越少，施工速度越快，费用越省。
（3）管片楔形量。
楔形管环中最大宽度与最小宽度的差即楔形量。
楔形管片分为单面楔形、双面楔形两种，其中单面楔形又分为前楔形、后楔形两种，即通常所说的左转弯环、右转弯环。
确定楔形量的因素有三个：线路的曲线中心半径R，管片宽度d，管片直径D，标准环与楔形环环数之比U（U不小于1）。
取中心弧长L=（U+1）*d，圆心角β=L/R，外弧长L1=β（R+0.5D），内弧长L2=β（R-0.5D），即可计算出管片楔形量X= L1-L2。
1.2 管片选型应用实例每环管片均由标准块、邻接块、封顶块组成。
在深圳地铁5号线施工中，采用的管片为单面楔形，有标准环、左转弯环、右转弯环三种，外径6m，厚度30cm，宽度1.5m，楔形量38mm，每环分为6块（A1、A2、A3、B、C、K）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第４２卷第６期２００５年１２月
现代隧道技术
ＭｏｄｅｍＴｕｎｎｅｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏ盯
Ｖ０１．４２Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２００５
文章编号：１∞９∞８２（２（ｘ）５）【）６—０叭４一【】６
大断面越江盾构隧道管片接头选型研究
何川１曾东洋１唐志诚１’２吴兰婷’
（１西南交通大学地下工程系，成都６１００３ｌ；２中铁二局集团有限公司，成都６１００３１）
摘要文章针对越江水下盾构隧道管片接头设计，采用二维有限』二对典型接头方案中不同螺栓位置和土水压力计算控制点下的接头抗弯刚度、接缝张开度和张开高度、螺栓应力等进行了数值汁算和对比分析，研究分析了手孔和螺栓数量及布设位置、Ｒ寸等对大断面越江盾构隧道管片接头选型及设计参数的影响。
研究结果表明，工程设ｔ１中此类接头应在满足接头抗弯刚度和接缝张开度的前提下采取减少手孔数量、均布手扎位置、调整螺栓中心位置和尺寸、施加螺柃顶紧力等措施，以达到提高结构防水性和整体承载能力的目的。
关键词盾构隧道管片接头有限元分析选型
中图分类号：Ｕ４５１文献标识码：Ａ
１引言２工程概况
由于盾构法隧道具有目标工期及工程造价可控性好、风险相对其它方法较小、施工期不影响江河通航及不易受河床变迁影响等优点而在国内外越江（河）工程中被广为采用，如已建成的日本东京湾横断公路隧道…、国内上海延安东路公路隧道、翔殷黄浦江隧道、重庆长江排水隧道等以及拟建中的武汉长江公路隧道、南京长江公路隧道、崇明岛越江公路隧道等工程均为盾构法隧道工程。
越江（河）盾构隧道承载和防水设计的重点在于对其管片接头型式的选扦，选取具有可靠防水性的管片接头型式对越江（河）盾构法隧道具有至关苇要的意义。
目前，国内外对Ｊ‘盾构法隧道管片接头性能的研究”“１还主要局限于管片接头抗弯刚度和变形规律，而对管片接头抗弯刚度、防水和衬砌环整体刚度的影响因素及其相互影响性研究甚少。
鉴于此，本文以拟建中的武汉长江公路隧道盾构区间为例，在对管片接头抗弯刚度研究的基础”１上，运用能对管片接头进行局部三维有限元模拟计算的梁－弹簧模型法，对影响工程结构设计中管片接头型式选择的重要参数，如管片接头抗弯刚度、接缝张开度和张开高度、螺栓应力、衬砌环变形和内力等进行深入研究，以期为类似条件下的越江（河）盾构隧道衬砌结构设计提供借鉴和参考。
修改稿返回日期：２００５—０７—０５
作者筒介：何川，男，教授，博Ｌ生导师
・１４・２１工程地质概况
武汉长江公路隧道为双孔四车道市政公路隧道，穿越长江段采用盾构法施丁。
盾构隧道区间全长约２２００ｍ，埋深在９．５０～３０．０ｍ之间，局部最大埋深４０．Ｏｍ，河床水深１０．Ｏ～”．６４ｍ，主要位于富含地下水的砂土层中，两岸段承受较高承压水，江中段承受高水压潜水，穿越地层包括中密粉细砂、密实粉细砂，底部为卵石层及强风化泥质粉砂岩夹砂岩、页岩，局部见中密中粗砂、密实中粗砂、可塑粉质粘土层。
沿线土体力学指标如表１所示。
２．２管片特征参数
结合隧道远期交通流量和使用净空要求，通过对不同衬砌结构方案比选，确定盾构隧道衬砌环选用通用环型式，外直径Ｄ，＝１１ｏｏｍ，内直径Ｄ：＝１０．００ｍ，管片厚＾＝ｏ．５０ｍ，幅宽６＝２．ｏｍ。
管片环采用９等分型式，即选用１个封顶块＋２个邻接块＋６个标准块构筑衬砌环，单块管片圆心角均为４０。
管片环纵向接头３６处，按照ｌＯ。
等分布置，如图１所示。
３管片接头型式比选
综合考虑武汉长江公路隧道盾构区间所处地
万方数据
大断面越江盾构隧道管片接头选型研究图１衬砌环结构示意
Ｆｉｇｌｓｋｅｔｃｈ０ｆ
１ｉｎｌｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
¨、琏块
层、工程地质、隧道埋深等条件，管片问宜采用螺栓连接：直螺栓施工方便，接头部位能承担较大荷载，但手孔较火，易削弱管片接头承载能力；曲螺栓手ｆＬ较小，对截面削弱少，但易变形，在螺栓预紧力作用下将对管片接缝端头混凝土形成挤压，造成混凝土破坏，不利于结构长期安全性。
经分析并参考日本东京湾横断公路隧道、翔殷黄浦江隧道等越海、江隧道工程的管片接头设计，设计选用直螺栓连接方式，但还应对管片接头连接螺栓数目、尺寸和布设位置等细部构造进行设计，以满足接头抗弯刚度、螺栓应力、接缝张开度和张开高度等没计参数要求，以达到结构安全性和工程经济性目的。
３．１计算假定及单元选用
管片接头计算及三维建模过程中主婴引入了如下主要假定：
（１）小变形假设
管片红外荷载作用下接头端面所形成的变形和转动‘ｊ构件几何尺寸相比较而言非常微小，属于小变形范畴。
（２）平截面假设
除管片接触端面｜ｔｌ于受螺栓预紧力和拉力、混凝土挤压等作用而形成曲面外，管片其余断面在变形前后均为甲截面。
（３）材料均匀性似设
忽略管片材料、几何尺寸制造等所形成的差异，假定计算管片为均质各向同性材料。
基于上述各项假定，计算过程中主要选用了如下材料单元：
（１）为了保证计算结果的精确度，管片选用高精度三维实体单元进行模拟。
（２）为更好地模拟连接螺栓的受力特性及萁与丁－孔壁、螺栓孔壁间的相互作用和手孔对管片接缝截面的削弱作用，螺栓选用高精度实体单元模拟，且在计算过程中考虑了螺栓预紧力，同时分别在连接螺杆与螺栓孔内壁、螺帽１ｊ手孔内壁间改置面一面接触单元以模拟其滑移效果。
（３）弹性密封垫和防水衬挚抗变形能力远低于管片结构，计算中应重点号虑其受力变形特征，计算中选用衬垫单元模拟上述密封材料。
不同单元相关材料参数分别为：
（１）管片结构采用ｃ５０混凝土，弹性模量为３５ｃＰａ，泊松比０２０；
（２）连接螺栓的弹性模量为２１０ＧＰａ，泊松比为Ｏ．３０；
（３）接缝衬垫的材料应力一应变非线陀关系如图２所示。
／
图２衬垫材料应力一应变关系曲线
Ｆ呜．２Ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔ附ｉｎｃｕｒｖｅ０ｆｇａｓｋｅ【ｍａ【ｅｒｔａｌ
３．２比选方案及计算模型
管片接头选型主要包括对手孔数量以及螺栓数
・１５・
么
［．ｆ匕
万方数据
现代隧道技术
日、尺寸及布设位置、管片接头抗弯刚度、接缝张开度和张开高度等誊要设计参数进行比选。
其中手孔尺寸主要根据螺栓尺寸、单孔螺栓布设数量等决定。
根据不宜过大削弱管片接头承载能力的原则提出如下两个比选方案，并建立不同方案下的管片接头汁算模型，如图３所示。
①－¨叫管”技琏接螺柞
②管¨接缝端Ｌ【Ｌｆ州格划分
（ａ）方案
①单侧币管＂及连接蠓朴
②管”接缝端叫Ｉ删｝再划丹
（ｂ）方案．
图３管片接头计算模型
ＦＩｇ３Ｃｏ。
Ⅱｐｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｓ。
舯ｅｎ【Ｊ０Ｉｎｔ
方案一：沿管片幅宽方向设置３个手孔，分别放置ｌ颗Ｍ６０螺栓，共设置３颗螺栓。
方案二：沿管片幅宽方向设置２个手孔，分别放置２颗Ｍ４５螺栓，共设置４颗螺栓。
３．３荷载及约束
管片接头抗弯刚度等力学行为反映的是接缝抵抗弯矩作用而产生变形的能力，仅与按缝自身构造（包括衬垫材料、尺寸、螺栓位置等）相关“。
计算选用整体笛卡儿坐标系对平板直接头管片体进行三－１６－维建模分析。
考虑到盾构管片的承载、变形及其相关影响因素，对通过螺栓连接而成的管片结构进行简支梁约束。
计算荷载与约束如图４所示。
ｆｒ管¨曙度：ｆ连接蝶栓距管¨山删的距离
图４计算荷载与约束示意
Ｆｉｇ．４Ｓｋｅｔｃｈｏｆ１０ａｄｉｏｇａｎｄｃｏｎｓｔｒａＩｎｔｓ
３．４方案比选计算流程
管片接头型式比选汁算流程如图５所示。
其
中，』ｖ，Ｍ分别为盾构隧道比选断面控制设计的轴力
和弯矩；ｉ为计算循环次数（ｉ≥１）；“、口均为相关容
许误差。
Ｎ
图５管片接头型式比选流程
Ｆ１９．５
Ｒ０ｕｔｉ雎ｏｆｓ６９ｍｅｎｔ埘ｎｔｓｅｋｃｔ】ｏｎ
４计算结果与分析
混凝土管片结构在轴力、弯矩和连接螺栓的共
｜一Ｊ作用下将产生类似于简支梁的变形和挠曲，两侧
管片存接头端面处产生分离，形成局部受压区和局
部受拉区。
接触端面螺栓位置附近受连接螺栓影响
形成局部突起㈨。
为分析简便起见，简化管片接头 万方数据
大断面越江盾构隧道管片接头选型研究
力学模型”…，取螺栓所处位置代表接头端面的管片变形，简化结果如图６所示。
图６简化管片接头变形
Ｆｉｇ．６ｓｉｍｐｌｌｎｅｄｓ８９ｍｅｎｌＪ而ｎｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｎｎ４．１比选方案计算结果与分析
将各比选方案中管片环轴力最大点（，ｖ。
）、弯矩最大点（Ｍ。
）和轴力最小点（Ⅳ…）作为计算控制点，分别设为工况１、Ｔ况２和Ｔ况３。
各比选方案中不『刊螺栓布设位置和工况下的计算结果分别如表２和表３所示。
通过对方案一和方案二中不同手孔数目、螺栓数量、螺栓布设位置以及不同荷载工况控制点的接头抗弯刚度、螺栓应力、接缝张开度和张开高度计算结果比较可以看出：相同外荷载作用下计算所得管片接头抗弯刚度、接缝最大张开度和张开高度相近，但螺栓应力差别较犬，其主要原因在于：相同外荷载
表２方案一计算结果
Ｔａｂｋ２Ｎ岫ｅｒｉｃａｌｒ幅ｕｌ扛ｏｆｔｂｅ６ｒｓｔｏｐｔｉ佃
１７・ 万方数据
万方数据
万方数据
万方数据。