文章编号:1673-0836(200505-0707-06盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比分析研究X曾东洋,何川(西南交通大学地下工程系,成都610031摘要:在对目前国内外盾构隧道衬砌结构设计中普遍采用的惯用法、修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法进行详细介绍的基础上,以南京地铁南北线为研究对象,运用不同设计方法对盾构隧道在不同埋深下的管片环最大变形量、轴力、弯矩、剪力、螺栓剪力等的大小、分布规律及影响因素进行了系统研究,深入探讨了设计方法对盾构隧道衬砌结构设计所造成的影响。关键词:盾构隧道衬砌;惯用法;修正惯用法;多铰圆环法;梁-弹簧模型中图分类号:U451文献标识码:AComparisonandAnalysisResearchofDifferentShieldTunnelLiningInternalForcesDesignMethodsZENGDong-yang,HEChuan(Dept.ofTunnel&UndergroundEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,ChinaAbstract:Onthebasisofdetaileddescriptionofdifferentmethodswidelyusedintheshieldtunnelliningdesignwowa-days,suchastheroutinemethod,themodifiedroutinemethod,themulti-hingeringmethodandthebeam-springmeth-od,asystematicinvestigationonthedistributionandinfluentialfactorsoftheshieldtunnelsegmentringdeformation,axisforce,moment,segmentshearforceandboltshearforcewithdifferentdesignmethodandcoverdepthoftheNanjingMetroSouth-NorthLinearecarriedout,influencesofdifferentdesignmethodsontheshieldtunnelliningdesignarealsodis-cussed.Keywords:shieldtunnellining;routinemethod;modifiedroutinemethod;mult-ihingeringmethod;beam-springmethod1引言根据工程设计中对管片接头的不同力学处理方式,国内外盾构隧道管片衬砌结构设计方法主要可分为(修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法等四种。我国主要采用(修正惯用法或在依据已有工程经验的基础上采用工程类比法进行设计[1],而国外主要采用多铰圆环法[2]和梁-弹簧模型计算法[3]对盾构隧道管片衬砌结构进行内力计算和结构设计。不同设计方法对盾构隧道管片接头力学性能的假设不尽相同,从而使得工程设计过程中因设计者采用不同设计方法计算所得控制衬砌结构设计的力学参数,如结构变形、内力大小及分布等产生较大差异,导致设计过于保守或偏于不安全。鉴于此,本文以南京地铁南北线一期工程为背景,在对盾构隧道管片接头刚度研究[4]的基础上,分别运用(修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法对在不同埋深下的盾构隧道衬砌结构变形和内力分布等设计因素进行系统研究和比较,以探明不同第1卷第5期2005年10月地下空间与工程学报ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringVol.1Oct.2005X收稿日期:2005-03-09(修改稿作者简介:曾东洋(1977-,男,重庆铜梁人,西南交通大学地下工程系博士研究生,主要从事盾构隧道设计理论与方法研究。设计方法下的盾构隧道管片环内力分布,为工程设计提供参考。2盾构隧道结构计算方法特征分析目前,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[5]。根据计算过程中对管片接头刚度、接头螺栓内力传递和外荷载分布形式的不同力学假定,荷载-结构计算模式又主要分为(修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法等四种设计方法。不同设计方法中对管片接头的处理、外荷载作用形式和工程适用范围均存在较大差异,现分别叙述如下。2.1(修正惯用法惯用法最早提出于1960年,并在日本得到了广泛应用。惯用法在计算过程中假设管片环是弯曲刚度均匀的圆环,不考虑接头所引起的管片环局部刚度降低。惯用法计算过程中假设垂直方向地层抗力为均布荷载,水平方向地层抗力为自衬砌环顶部向左右45b~135b分布的均变三角形荷载。修正惯用法是在惯用法的基础上引入弯曲刚度有效率G和弯矩提高率F,以接头刚度的降低代表衬砌环的整环刚度下降,管片环是具有GEI刚度的均质圆环。考虑到管片接头存在铰的部分功能,将向相邻管片传递部分弯矩,使得错缝拼装管片间内力进行重分配,修正惯用法在计算过程中引入了弯矩提高率F,主截面设计弯矩(1+FM,接头设计弯矩(1-FM。修正惯用法计算所选用参数G和F主要根据实验或经验取定...