• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

叶宇航 柳献 刘震 张维熙 杨志豪 朱瑶宏

叶宇航, 柳献, 刘震, 张维熙, 杨志豪, 朱瑶宏. 类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
引用本文: 叶宇航, 柳献, 刘震, 张维熙, 杨志豪, 朱瑶宏. 类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
YE Yuhang, LIU Xian, LIU Zhen, ZHANG Weixi, YANG Zhihao, ZHU Yaohong. Study on Design Model of Quasi-Rectangular Shield Tunnel Linings[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
Citation: YE Yuhang, LIU Xian, LIU Zhen, ZHANG Weixi, YANG Zhihao, ZHU Yaohong. Study on Design Model of Quasi-Rectangular Shield Tunnel Linings[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51578409)
详细信息
    作者简介:

    叶宇航(1995—),男,工程师,研究方向为隧道与地下工程设计,E-mail:2584300145@qq.com

    通讯作者:

    柳献(1977—),男,教授,研究方向为隧道与地下建筑工程结构全寿命设计理论与维护技术,盾构隧道衬砌结构的性能诊断、安全评价与加固设计,E-mail:xian.liu@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: TU93

Study on Design Model of Quasi-Rectangular Shield Tunnel Linings

  • 摘要: 为了得到适用于类矩形盾构隧道结构设计模型,通过整环足尺试验模拟类矩形盾构隧道在正常运营工况下的实际受力,得到试验结构的变形和内力,采用等效刚度模型和梁-弹簧模型对试验结果进行分析,得到有效的类矩形盾构隧道结构设计参数. 结果表明:采用等效刚度模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,难以得到同时符合结构长短轴变形的管片刚度折减系数;采用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,结构变形和结构内力计算结果和足尺试验结果较为匹配,能真实反应类矩形盾构隧道结构受力,选用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型更为合理,所研究类矩形结构管片接缝的抗剪刚度建议为341 × 106~368 × 106 N/m;负弯矩接缝抗弯刚度建议为114 × 106~491 × 106 N•m/rad,正弯矩接缝抗弯刚度范围为85 × 106~177 × 106 N•m/rad.

     

  • 图 1  试验试件

    Figure 1.  Schematic diagram of test specimen

    图 2  加载装置及荷载分组

    Figure 2.  Schematic diagram of loading device and test load grouping

    图 3  结构变形测点布置

    Figure 3.  Layout of structure deformation measuring points

    图 4  主筋及混凝土应变测点布置

    Figure 4.  Layout of main steel bars strain and concrete strain measuring point

    图 5  试验荷载作用下衬砌结构整体变形

    Figure 5.  Overall deformation of ling under test load

    图 6  截面应变分布

    Figure 6.  Strain distribution of segmental cross section

    图 7  试验荷载作用下弯矩

    Figure 7.  Bending moment diagram under test load

    图 8  试验荷载作用下轴力

    Figure 8.  Axial force diagram under test load

    表  1  试验荷载作用下衬砌结构长短轴变形

    Table  1.   Long and short axis deformation of ling

    项目 长轴变形 中柱右侧
    短轴变形
    中柱左侧
    短轴变形
    变形值/mm 4.68 4.74 6.92
    千分比/‰ 0.42 0.68 1.00
    下载: 导出CSV

    表  2  试验荷载作用下衬砌结构内力

    Table  2.   Internal force of ling under test load

    截面编号 弯矩/(kN•m) 轴力/kN
    –289 –631
    237 –628
    –121 –719
    247 –592
    –283 –648
    –287 –635
    260 –599
    –135 –741
    210 –598
    –298 –636
    中柱 9 –1 191
    下载: 导出CSV

    表  3  试验荷载作用下结构变形数值计算结果与试验结果对比

    Table  3.   Comparison of numerical results of structural deformation with experimental results mm

    结构变形位置 不同管片刚度折减系数 试验结果
    0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50
    长轴 3.24 3.41 3.61 3.84 4.10 4.40 4.77 5.20 4.68
    中柱右侧短轴 4.32 4.55 4.81 5.12 5.47 5.88 6.36 6.94 4.74
    中柱左侧短轴 4.32 4.55 4.81 5.12 5.47 5.88 6.36 6.94 6.92
    下载: 导出CSV

    表  4  内力数值计算结果与试验结果对比分析

    Table  4.   Comparison of numerical results of internal force with experimental results

    截面编号 试验结果 数值计算结果 试验/数值
    弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩 轴力
    –289 –631 –277 –639 1.04 0.99
    237 –628 228 –607 1.04 1.03
    –121 –719 –153 –730 0.79 0.98
    247 –592 251 –605 0.98 0.98
    –283 –648 –277 –641 1.02 1.01
    –287 –635 –277 –639 1.04 0.99
    260 –599 251 –605 1.04 0.99
    –135 –741 –153 –730 0.88 1.02
    210 –598 249 –605 0.88 0.99
    –298 –636 –277 –641 0.84 0.99
    中柱 –9 –1 191 0 –1 191 1.00
    下载: 导出CSV

    表  5  试验荷载作用下结构变形数值计算与试验结果对比

    Table  5.   Comparison of numerical results of structural deformation with experimental results

    结构变形位置 试验/mm 计算数值/mm 试验/数值
    长轴 4.68 4.98 0.94
    中柱右侧短轴 4.74 4.68 1.01
    中柱左侧短轴 6.92 7.29 0.95
    下载: 导出CSV

    表  6  内力数值计算结果与试验结果对比分析

    Table  6.   Comparison of numerical results of internal force with experimental results

    截面编号 试验结果 数值计算结果 试验/数值
    弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩 轴力
    –289 –631 –278 –634 1.04 1.00
    237 –628 215 –603 1.10 1.04
    –121 –719 –117 –710 1.03 1.01
    247 –592 227 –602 1.09 0.98
    –283 –648 –276 –636 1.03 1.02
    –287 –635 –289 –633 0.99 1.00
    260 –599 211 –601 1.23 1.00
    –135 –741 –139 –711 0.97 1.04
    210 –598 208 –603 1.01 0.99
    –298 –636 –295 –637 1.01 1.00
    中柱 –9 –119 1 –14 –123 0 0.97
    下载: 导出CSV
  • NAKAMURA H, KUBOTA T, FURUKAWA M, et al . Unified construction of running track tunnel and crossover tunnel for subway by rectangular shape double track cross-section shield machine[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2003, 18(2): 253-262.
    龙建兵,杨志豪,沈张勇. 类矩形盾构工法在宁波轨道交通工程中的应用探讨[J]. 地下工程与隧道,2016(3): 1-6.

    LONG Jianbing, YANG Zhihao, SHEN Zhangyong. Application of quasi-rectangular shield sonstruction method in Ningbo rail transit line[J]. Underground Engineering and Tunnels, 2016(3): 1-6.
    前田知就,大井和憲,蛭子延彦. 地上発進. 地上到達シールドの施工[J]. 基礎工,2013,41(3): 39-45.

    MAEDA T, OI K, EBISU N. Ultra rapid under pass construction method[J]. The Foundation Engineering & Equipment, 2013, 41(3): 39-45.
    孙巍,官林星,温竹茵. 大断面矩形盾构法隧道的受力分析与工程应用[J]. 隧道建设,2015,35(10): 1028-1033. doi: 10.3973/j.issn.1672-741X.2015.10.009

    SUN Wei, GUAN Linxing, WEN Zhuyin. Mechanical analysis and application of large rectangular cross section shield tunnel[J]. Tunnel Construction, 2015, 35(10): 1028-1033. doi: 10.3973/j.issn.1672-741X.2015.10.009
    日本土木学会. 日本土木学会隧道标准规范(盾构篇)及解说[M]. 朱伟, 译. 北京: 中国建筑工业出版社, 2001: 1-317
    KOYAMA Y, NISHIMURA T. Design of lining segment of shield tunnel using a beam-spring model[J]. Quarterly Report of RTRI (Railway Technical Research Institute), 1998, 39(1): 23-27.
    卢岱岳,徐国文,王士民. 加卸载对盾构隧道材料损伤和结构特性的影响[J]. 西南交通大学学报,2017,52(6): 1104-1112.

    LU Daiylle, XU Guowen, WANG Shimin. Effets of material damage and structural characteristics on tunnel shield during loading and unloading[J]. Journal of Southwest Jiaotong university, 2017, 52(6): 1104-1112.
    卢岱岳,何川,王士民. 千斤顶作用下带榫管片的裂纹扩展规律[J]. 西南交通大学学报,2017,52(1): 75-81.

    LU Daiyue, HE Chuan, WANG Shimin. Crack propagation law of segment tendon under jacking forces[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2017, 52(1): 75-81.
    毕湘利,柳献,王秀志,等. 通缝拼装盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究[J]. 土木工程学报,2014,47(10): 17-11.

    BI Xiangli, LIU Xian, WANG Xiuzhi, et a1. Experimental investigation on the ultimate bearing capacity of continuous-jointed segmental tunnel linings[J]. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(10): 17-11.
    柳献, 黄晓冬. 通缝拼装盾构隧道衬砌结构抗倒塌性能的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(增刊2): 17.

    LIU Xian, HUANG Xiaodong. Experimental study of collapse capacity of straight joint segmental tunnel ling[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2015, 34(S2): 3703-3714.
    BLOM C, VANDER H, JOVANOVIC P. Three-dimensional structural analyses of the shield-drive ‘Green Heart’ tunnel of the high-speed line south[J]. Tunneling and Underground Space Technology, 1999, 14(2): 217-224. doi: 10.1016/S0886-7798(99)00035-8
    SCHREYER J, WINSELMANN D. Suitability tests for the lining for the 4th Elbe Tunnel tube-results of large-scale tests[J]. Tunnel, 2000, 1: 34-44.
    张厚美,吕国梁. 圆形隧道衬砌结构计算模型综述[J]. 现代隧道技术,2000(2): 1-6.

    ZHANG Houmei, LÜ Guoliang. Review on calculating models of lining for circular tunnel[J]. Modern Tunnelling Technology, 2000(2): 1-6.
    黄正荣,朱伟,梁精华. 修正惯用法管片环弯曲刚度有效率η和弯矩提高率ξ的研究[J]. 工业建筑,2006,36(2): 45-49. doi: 10.3321/j.issn:1000-8993.2006.02.014

    HUANG Zhengrong, ZHU Wei, LIANG Jinghua. Study on effective bending rigidity rations and moment increasing rates in modified routine method[J]. Industrial Construction, 2006, 36(2): 45-49. doi: 10.3321/j.issn:1000-8993.2006.02.014
    朱伟,胡如军,钟小春. 几种盾构隧道管片设计方法的比较[J]. 地下空间与工程学报,2003,23(4): 352-356.

    ZHU Wei, HU Rujun. ZHONG Xiaochun. Comparative study of several segment design methods for shield tunnels[J]. Underground Space, 2003, 23(4): 352-356.
    KOYAMA Y. Present status and technology of shield tunneling method in Japan[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2003, 18(2): 145-159.
    徐凌. 软土盾构隧道纵向沉降研究[D]. 上海: 同济大学, 2005
    唐志成,何川,林刚. 地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试验研究[J]. 岩土工程学报,2005,27(1): 85-89.

    TANG Zhicheng, HE Chuan, LIN Gang. Study on mechanical behavior of segment of shield tunnel of metro with model test[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(1): 85-89.
    彭益成,丁文其,闫治国,等. 修正惯用法中弯曲刚度有效率的影响因素分析及计算方法[J]. 岩土工程学报,2013,35(增刊1): 495-500.

    PENG Yicheng, DING Wenqi, YAN Zhiguo, et al. Analysis and calculation method of effective bending rigidity ratio in modified routine method[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2013, 35(S1): 495-500.
    林平, 张维熙, 张宸, 等. 类矩形地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究[J]. 现代隧道技术, 2016, 53(增刊1) : 98-107

    LIN Ping, ZHANG Weixi, ZHANG Chen, et al. Experimental study on bearing capacity of longitudinal joints in quasi-rectangular shield tunnels[J]. Modern Tunnelling Technology, 2016, 53(S1): 98-107
    柳献,张维熙,王东方. 类矩形盾构隧道纵缝受剪性能试验研究[J]. 铁道科学与工程学报,2016,13(9): 1767-1775. doi: 10.3969/j.issn.1672-7029.2016.09.016

    LIU Xian, ZHANG Weixi, WANG Dongfang. Experimental study on shear performance of longitudinal joint in quasi-rectangular shield tunnel[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2016, 13(9): 1767-1775. doi: 10.3969/j.issn.1672-7029.2016.09.016
    张维熙. 类矩形盾构隧道衬砌结构分析模型研究[D]. 上海: 同济大学, 2017
  • 加载中
图(8) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  544
  • HTML全文浏览量:  327
  • PDF下载量:  24
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-13
  • 修回日期:  2018-06-12
  • 网络出版日期:  2019-05-09
  • 刊出日期:  2019-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回