收稿日期:2008-05-08作者简介:刘琼(1983-,男,湖南衡阳人,硕士研究生,从事岩土工程方面的研究。文章编号:1673-9469(200803-0026-04盾构隧道管片衬砌内力计算方法对比分析刘琼1,吴雄志1,姚捷2,袁洪升1(1.河北工程大学土木工程学院,河北邯郸056038;2.武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072摘要:论述了盾构隧道管片衬砌内力计算的梁-弹簧法和弹性匀质圆环法。结合一工程实例,采用此两种方法对管片衬砌内力进行了计算,并对计算的结果进行了对比分析。结果表明,采用梁-弹簧法进行设计是安全的、经济的,值得推广应用。关键词:盾构隧道;内力;弹性匀质圆环法;梁-弹簧法中图分类号:O343文献标识码:AComparisonandanalysisofmethodsofinternalforcecalculationsforshieldtunnelliningLIUQiong1,WUXiong-zhi1,YaoJie2,YuanHong-sheng1(1.SchoolofCivilEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China;2.SchoolofCivilEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,ChinaAbstract:Theelastic-inhomogeneous-ringmethodandbeam-springmethodsofinternalforcescalcula-tionsfortheshieldtunnelliningarediscussedindetail.Asatraditionalmethodofshieldtunnelliningde-signing,theelastic-inhomogeneous-ringissafebutconservative.Combiningwithapracticalengineeringexample,itsinternalforceswerecalculatedrespectivelybythetwomethods.Theresultsofthesetwometh-odswerecomparedandanalyzed,anddrewtheconclusionthatthebeam-springmethodforthedesigningoftheshieldtunnelliningissafeandeconomical.Keywords:shieldtunnel;internalforces;beam-springmethod近年来,由于城市建筑、公共设施及各种交通日益繁杂,地面拥挤的现象越来越严重,地铁作为一种交通工具,其发展规模越来越大,但传统的施工方法已难以普遍使用,因此,盾构法以其独特的优势而得到越来越广泛的应用。目前盾构法隧道设计的一个重要环节是采用合适的方法计算衬砌结构的内力。我国20世纪90年代多采用以经验性为主的简化模型的计算方法,但简化模型因不能明示接头位置,难以反映管片衬砌结构的实际受力状况。不过简化模型的计算方法操作方便,可以用于初步确定盾构隧道管片参数。近年来,我国西南交通大学和同济大学进行了管片力学模型的深入研究,并利用梁-弹簧法进行盾构隧道的设计计算分析,取得了很好的经济效益。目前,地下结构的设计方法有经验类比法、荷载结构法、地层结构法、收敛限制法。常用的是荷载结构法。其主要包括弹性匀质圆环法和梁-弹簧法。在工程实践中,又多以弹性匀质圆环法为主。但弹性匀质圆环法在对实际情况假设时,忽略了衬砌接头的影响,并且土层抗力只考虑拱腰部分,这使得计算结果偏于保守。而梁-弹簧法在衬砌全周都考虑了土层抗力,是安全的、经济的[1-2]。本文针对某地区地铁某区间盾构隧道,用上述两种方法进行了内力计算,并将计算结果进行了对比分析,得出了一些对盾构隧道衬砌设计有参考价值的结论。1计算方法简介1.1弹性匀质圆环法第25卷第3期河北工程大学学报(自然科学版Vol.25No.32008年9月JournalofHebeiUniversityofEngineering(NaturalScienceEditionSep.2008弹性匀质圆环法是广大设计者广泛应用于盾构隧道结构设计的一种经典计算方法。该方法假定圆形衬砌在土体中为自由变形的弹性均质圆环,不考虑管片接头刚度变化的影响,将土层抗力假定为三角形分布荷载进行计算(在水平轴上下45°范围内,结构计算如图1,自由变形圆环内力求解采用弹性中心法[3]。由于结构及荷载对称,拱顶剪力等于零,属二次超静定结构,取半结构进行计算。1.2梁—弹簧法梁-弹簧法用弹性地基弹簧来模拟衬砌与围岩的相互作用。梁-弹簧法将衬砌结构看成弹性地基上的圆环,当土体中管片衬砌产生变形时,衬砌周围的土体将阻止管片变形,即产生土体抗力。梁-弹簧法计算图式见图2。用有限元法,由于隧道纵向尺寸远大于环向截面尺寸,且沿纵向截面形式不变,因此简化为平面应变问题进行求解。在弹簧模型中,衬砌用梁单元模拟,围岩(土与衬砌的共同作用用弹簧单元模拟,把衬砌结构离散为有限个梁单元。对于梁单元[5],其单元刚度矩阵与结构力学中...