北京地铁盾构隧道设计施工要点(doc30)-工程设计(编辑修改稿)

北京地铁盾构隧道设计施工要点(doc30)-工程设计(编辑修改稿)内容摘要：

片环向接头弯曲变形特性； b. 研究管片环向接头的刚度； c. 研究弯曲过程中接头联接螺栓的受力和变形规律； d. 研究弯曲过程中接头附近的钢筋与混凝土的变形和破坏 规律。 试验采用的管片型式与加载方式见图 7。 图 7 试验采用的管片型式与试验加载方式示意图 （注：横向力考虑从内侧和外侧分别加载两种方式） 为了能够模拟管片接头的实际受力状态，分别考虑从顶部施加不同量值轴力和从侧向施加侧力。 轴力值范围由 25t～ 175t，侧力值由 0 开始一直加载至构件破坏。 试验所得 M— θ 关系曲线见图 图 9。 接头的破环方式基本为管片边缘外皮的呈层剥落。 大量管理资 料下载 试验基本结论： l 通过试验发现，在一定的轴力作用下，管片的张开角度与弯矩基本呈直线变化。 但当弯矩超过某一特定值时，其线性关系的斜率增大。 该特定值已经大大超过管片的实际限值。 l 由于管片螺栓布置对截面的不对称，内刚度（向内弯曲刚度 ）一般相当于外刚度（向外弯曲刚度）值的两倍。 l 在试验段隧道轴力作用下的转角基本上可以用下述公式描述（不同轴力条件下也同样可以有类似公式描述）： 向内弯曲： 大量管理资 料下载 由上述公式可以推导出地铁五号线盾构试验段管片的向内和向外弯曲的接头刚度为： Kθ 内＝ 34000kNm/rad Kθ 外＝ 17000kNm/ rad 考虑到北京地区地层具有一定的自稳能力，在设计计算时，可对实验数据作一定折减后采用，建议取值为： Kθ 内＝ 30000kNm/rad Kθ 外＝ 15000kNm/rad 盾构隧道与地层的相互作用规律研究 为研究盾构隧道施工过程中地层荷载作用的变化规律以及荷载分布规律，我们进行了现场测试、室内模型试验和理论分析等方面的研究。 （ 1） 现场测试研究 在现场进行了大量的结构内力、隧道与地层的接触应力和变形测试。 经过现场测试发现，无论管片与地层的接触应力 还是钢筋应力均呈现与前述螺栓轴力基本相似的变化状态和规律。 接触应力发展规律（见图 10）： 大量管理资 料下载 l 初始阶段 当管片拼装完成，仍停留在盾尾内部时，由于尚未受到周围的荷载作用，因此接触应力较小。 l 推进阶段 管片逐步推出盾尾并同步注浆后，接触应力呈线性逐渐增加。 主要原因是管片推出后，由于注浆浆液压力 形成了对管片的作用。 此过程一般持续 1～ 2 小时。 l 稳定阶段 在管片推出盾尾，同步注浆完成后，其接触应力能够维持在一定数值范围内，直到注浆浆液凝固。 l 后期发展 接触应力在盾构刚刚推出盾尾时，在隧道周边的分布是比较均匀的，反映出半流体作用的特征（见图 11）。 但当浆液凝固后，周边的接触应力发展则呈现出不平衡的状态，上大下小（见图 12）。 大量管理资 料下载 初步分析其原因，在管片刚刚推出盾尾并进行同步回填注浆时刻，此时的土压力基本呈现出受浆液流体压力作用的形态，即在隧道周边分布比较均匀，其量值与注浆压力基本一致，注浆压力将使周围土体与管片之间产生一定的超压（预压），此阶段的土压力最大。 这充分反映出注浆压力是管片与土作用发生的一个最关键因素。 当注浆浆液凝固后，随着地层应力重分布和超压减小，土压力分布发生了微妙的变化。 注浆造成的周边地层超压逐渐减小甚至消失，使周边地层的土压力减小。 同时，由于顶部超 压减小后，地层在一定范围内的塌落作用，在隧道拱顶两侧形成马鞍形的土压力分布，侧压力也基本呈上大下小的形式分布。 之所以出现这种现象，初步分析是由于北京地层较好，顶部土层松弛荷载不能完全传递到隧底，最终稳定的土压力呈现出倒梯形或矩形的形态。 根据盾构试验段测试结果，研究显示隧道的拱部荷载仅相当于上部一定范围内超压消失后形成的土体卸载拱压力，反映出土体有部分自承载作用，其卸载拱高度视不同隧道的埋深和地质条件而不同，基本在 ～ 之间（ D 为隧道直径）。 而由于初始注浆预加压力的作用，实际侧压力值 远较 大量管理资 料下载 理论侧压力值大，在试验段条件下，其量值接近于隧道顶部的压力值。 侧压力在高度方向的分布基本为顶部偏大，底部偏小。 但考虑到随时间推移而产生的土体蠕变还将造成底部压力逐步上升，因此，设计时基本可按照矩形分布考虑。 钢筋应力的发展规律基本相。