盾构隧道设计与分析课件.ppt

1、盾构隧道设计与分析盾构隧道设计与分析盾构隧道设计与分析盾构隧道设计与分析1、盾构隧道衬砌内力分析方法、盾构隧道衬砌内力分析方法（1 1）有限元法）有限元法二维平面分析二维平面分析三维空间分析三维空间分析（2 2）荷载结构法）荷载结构法惯用法惯用法梁弹簧模型梁弹簧模型梁接头模型梁接头模型修正惯用法修正惯用法三维盾构隧道建模示意图三维盾构隧道建模示意图二维盾构隧道建模示意图二维盾构隧道建模示意图21DD 非均质圆环均质圆环12/DD惯惯用用法法与与修修正正惯惯用用法法概概念念图图21MMMMM2/2M2/2M2/2M2/2M1M隧道纵断方向惯用计算法中的弯矩分配图惯用计算法中的弯矩分配图knksk

2、梁弹簧模型梁弹簧模型梁接头模型梁接头模型错错缝缝拼拼装装环环间间加加强强作作用用的的考考虑虑2、程序中的名词解释、程序中的名词解释v管片：管片：圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓，本圆弧形结构物，用来拼装成隧道外轮廓，本 软件指软件指预制的混凝土管片。预制的混凝土管片。v衬砌：衬砌：由管片通过螺栓连接而成，一环衬砌由几块由管片通过螺栓连接而成，一环衬砌由几块 管片构成。管片构成。v环向螺栓：环向螺栓：为了构成衬砌环，连接管片用的螺栓，为了构成衬砌环，连接管片用的螺栓，本软件以管片接头形式模拟螺栓的作用。本软件以管片接头形式模拟螺栓的作用。v纵向螺栓：纵向螺栓：衬砌环之间相互连接的螺栓，在本软件

3、衬砌环之间相互连接的螺栓，在本软件 计算模型示意图中，以表计算模型示意图中，以表 示。示。v管片分布自重：管片分布自重：容重乘以管片厚度容重乘以管片厚度。v管片接头：管片接头：在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部 分，在本软件计算模型示意图中，以表分，在本软件计算模型示意图中，以表 示。示。v管片材料：管片材料：在本程序中，按平面应变问题取在本程序中，按平面应变问题取1米进行米进行 计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可 以从混凝土设计规范上查得。以从混凝土设计规范上查得。v管片宽度：管片宽度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时

4、也是衬在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬 砌宽度。砌宽度。v管片厚度：管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬 砌宽度。砌宽度。3、荷载假定与计算、荷载假定与计算（1 1）荷载分类）荷载分类主荷载主荷载 1、垂直和水平土压力 2、水压力 3、自重 4、上覆荷载 5、地基抗力 附加荷载附加荷载6、内部荷载 7、施工荷载 8、地震的影响 特殊荷载特殊荷载 9、平行配置隧道的影响 10、邻近施工的影响 11、其他 日日本本盾盾构构隧隧道道规规范范的的分分类类方方法法日日本本盾盾构构隧隧道道规规范范的的分分类类方方法法（2 2）水土压力计算）水土压力计算土柱

5、理论（土柱理论（H=2D）1010/tan0/tan011)1(tan)/(BHKBHKvepeKBcB)22/4/cot(01 RB水压力计算水压力计算cDwHwH+cDwwwHP1)(2cwwwDHP1wP2wPwHwHcDwwwHP1)(2cwwwDHPcD整体坐标系施加整体坐标系施加局部坐标系施加局部坐标系施加（3 3）自重）自重cRWg211gg修正惯用法对自重反力的假设修正惯用法对自重反力的假设 g梁弹簧模型对自重反力的假设梁弹簧模型对自重反力的假设（4）、地基抗力与地层弹簧系数）、地基抗力与地层弹簧系数惯用计算法中的地层抗力假设惯用计算法中的地层抗力假设4545maxpmaxpP

6、maxPmax 地层弹簧法地层弹簧法盾构隧道所处地层参数平均化多层地层参数的均一化多层地层参数的均一化约束弹簧采用单一刚度系数1k2k2k3kPgPg 局部地层弹簧模式局部地层弹簧模式 全周地层弹簧模式全周地层弹簧模式 局部地层弹簧与全周地层弹簧局部地层弹簧与全周地层弹簧nnnUKFsssUKFsKnK0nnUK0nnUK0nsUK0nsUK（5 5）、注浆荷载）、注浆荷载最大注浆压力注浆孔平均注浆压力注浆孔单孔注浆压力单孔注浆压力分布模式分布模式xy1p122p注浆孔整环注浆压力分布模式整环注浆压力分布模式（6）、地震荷载）、地震荷载21e21F22e21F21e22e拟静法拟静法（7）、荷

7、载分布模式假设）、荷载分布模式假设Px2Py3Px4Px1Py1Px3Py4Py2YXX X向矩形分布向矩形分布y y向梯形分布向梯形分布Py3Py1Py4Py2Px2Px4Px1Px3YXX X，y y向梯形分布向梯形分布Py1Py2Px1Px3Px4Px2Py3Py4XYX X，y y抛物线形分布抛物线形分布Px2Px4Px1Py1Py4Py2Px3Py3YXX X，y y方向为矩形分布方向为矩形分布4、结构模拟、结构模拟（1 1）管片）管片xYXjMjxjxjyjyiyyiMixixiyij直梁模型直梁模型R1122N2Q2M1N1Q1M曲梁模型曲梁模型（2 2）接缝）接缝管片间接缝管片

8、间接缝梁弹簧梁弹簧接头元接头元接头元线性模式接头元线性模式双双线线性性模模式式非非线线性性模模式式管片环间接缝管片环间接缝 地铁设计规范地铁设计规范(GB50157-2003)(GB50157-2003)第第10.5.310.5.3规定：规定：管片间接头管片间接头（3 3）结构离散化）结构离散化螺栓角2纵向螺栓螺栓角1接头（4 4）管片拼装方式）管片拼装方式 单圆和双圆单圆和双圆盾构隧道都有通盾构隧道都有通缝和错缝两种拼缝和错缝两种拼装模式。其中单装模式。其中单圆错缝有圆错缝有A-B-A,A-B-A,A-B-CA-B-C两种方式。两种方式。而双圆错缝只有而双圆错缝只有A-B-AA-B-A一种方

9、式。一种方式。盾构隧道设计与分析算例演示盾构隧道设计与分析算例演示1 1、工程概况、工程概况 盾构衬砌环，内径盾构衬砌环，内径10.040m,10.040m,外径外径11.000m,11.000m,衬砌宽度衬砌宽度1.0m,1.0m,受受到垂直压力到垂直压力p=226.3KN/mp=226.3KN/m，顶部水平侧压力，顶部水平侧压力q q1 1=90.5KN/m=90.5KN/m，底部水，底部水平侧压力平侧压力q q2 2=162.5KN/m =162.5KN/m，自重，自重g=12.0KN/mg=12.0KN/m，管片截面的计算参，管片截面的计算参数如下：弹性模量数如下：弹性模量E=3.5E=3.510107 7KPaKPa，转动惯量，转动惯量I=9.216I=9.2161010-3-3m m4 4 ，面积面积A=0.48mA=0.48m2 2 ，地层反力系数为，地层反力系数为K=1.5K=1.510104 4KN/mKN/m3 3 。mkNp/3.226R5.020mR5.500m11.2505.625y2 2、隧道施工全过程受力分析、隧道施工全过程受力分析建筑之家荣誉整理建筑之家荣誉整理Thanks for your concerns