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        軟土地基大直徑地鐵盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特性數(shù)值分析研究

        2019-09-30 03:45:08馬健昕
        商品與質(zhì)量 2019年52期
        關(guān)鍵詞:盾構(gòu)土層受力

        馬健昕

        南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司工務(wù)分公司 江蘇南京 210012

        在隧道工程建設(shè)的過(guò)程中,盾構(gòu)法應(yīng)用的越發(fā)廣泛,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法、施工技術(shù)成熟性也相對(duì)較高,在圓形盾構(gòu)隧道中應(yīng)用尤為重要。為了對(duì)規(guī)模化工程建設(shè)有效適應(yīng),并對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全性有效滿足,不同國(guó)家有關(guān)學(xué)者都進(jìn)行了大量的研究工作,研究?jī)?nèi)容包括設(shè)計(jì)模型中的結(jié)構(gòu)模型、荷載模型。

        1 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        現(xiàn)階段,對(duì)于盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),很多國(guó)家的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)固定。從荷載模型方面來(lái)看,地層結(jié)構(gòu)法、荷載結(jié)構(gòu)法是主要應(yīng)用的方法;從結(jié)構(gòu)模型方面來(lái)看,主要是對(duì)梁接頭模型、梁彈簧模型、等效剛度模型、勻質(zhì)圓環(huán)模型等應(yīng)用,如表1:

        表1 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)

        不同的模式有不同的限制、優(yōu)勢(shì)、且使用條件也不同。針對(duì)現(xiàn)階段的地層條件看,并未明確固定應(yīng)用何種結(jié)構(gòu)模型或是荷載模型,因此需要相關(guān)工作人員結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn),選擇相應(yīng)的方法,如果工作人員經(jīng)驗(yàn)不足,則需要借助有限元方法,應(yīng)用數(shù)值模擬進(jìn)行相應(yīng)的研究工作。現(xiàn)階段,盾構(gòu)法隧道發(fā)展越發(fā)完善,且穩(wěn)定性、成熟性都比較高,新型盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上,針對(duì)具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、參數(shù)情況進(jìn)行了相應(yīng)的修正?,F(xiàn)階段本國(guó)多應(yīng)用慣用法設(shè)計(jì)模型到軟土地基傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中,即是等效勻質(zhì)圓環(huán)結(jié)構(gòu)模型、荷載-結(jié)構(gòu)法。對(duì)上述模型應(yīng)用,能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的安全性有效保證,但并未與不同地層條件相結(jié)合,也未與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)相結(jié)合,因此可以應(yīng)用設(shè)計(jì)模型,優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。同時(shí),在新時(shí)期,盾構(gòu)隧道發(fā)展趨勢(shì)為長(zhǎng)、大、深,在大型公路隧道、市政工程、地鐵隧道等方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但另一方面,在實(shí)際盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,還存在一定的不足,如:隨著隧道埋深距離增大,會(huì)出現(xiàn)上覆土荷載取值問(wèn)題,管片直徑、厚度比值降低,會(huì)增加隧道結(jié)構(gòu)變形程度,會(huì)出現(xiàn)低層抗力分布問(wèn)題[1]。

        2 實(shí)際案例

        以某市地鐵線路為例,該線路中盾構(gòu)隧道長(zhǎng)度為1489.726米,包括管片744環(huán),從地面到隧道頂部距離為11.8米到19.1米,土層主要包括類型為洪積土層、沖擊土層、人工填土、砂層、黏性土等,基巖巖性為混合花崗巖。對(duì)該位置斷面測(cè)試的過(guò)程中,得出覆土層比較單一、且比較均勻,穿過(guò)的土層包括如粉質(zhì)黏土層、淤泥層等。經(jīng)過(guò)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算以及模型建立,在隧道貫通的過(guò)程中,相關(guān)工作人員開始采集相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果,對(duì)施工因素影響有效去除,從而明確盾構(gòu)隧道不同方面的情況,并明確相應(yīng)的分布規(guī)律。結(jié)合具體的測(cè)試結(jié)果以及計(jì)算,得出的分析包括以下方面,如表2:

        其一,與理論值相比,盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)頂部水土總壓力實(shí)測(cè)值與其接近,但底部差異較大。為了對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)受力模式真實(shí)模擬,需要在對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算模型的過(guò)程中,在襯砌頂部取適當(dāng)上覆土重力,并將土彈簧布置到襯砌結(jié)構(gòu)下部半圓周范圍。其二,水壓力的理論值與實(shí)測(cè)值相比,基本相同。水位與水壓力之間有十分緊密的關(guān)系,因此在盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,需要對(duì)水位的高低充分重視,避免襯砌結(jié)構(gòu)受力被水位影響。其三,在對(duì)浮重度考慮的基礎(chǔ)上,對(duì)土壓力計(jì)算的結(jié)果與理論值之間有較大的差異。在分算計(jì)算水土分模型過(guò)程中,需要對(duì)側(cè)向壓力進(jìn)行有效的考慮,并在計(jì)算的過(guò)程中,加強(qiáng)相應(yīng)的重視,從而避免其對(duì)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力造成影響[2-3]。

        表2 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果分析

        3 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,在對(duì)軟土地基直徑地鐵盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特性數(shù)值分析的過(guò)程中,需要針對(duì)具體測(cè)試、計(jì)算的結(jié)果,明確實(shí)際結(jié)果與理論結(jié)果之間的關(guān)系,并結(jié)合實(shí)際情況,調(diào)整具體的施工工作。針對(duì)其中的不足,相關(guān)工作人員還要加強(qiáng)相應(yīng)的研究。

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