盾构隧道设计与分析ppt课件

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荷载构造法荷载构造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表示图三维盾构隧道建模表示图二维盾构隧道建模表示图二维盾构隧道建模表示图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梁弹簧模型

2、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思思索索2、程序中的名词解释、程序中的名词解释v管片：圆弧形构造物，用来拼装成隧道外轮廓，本管片：圆弧形构造物，用来拼装成隧道外轮廓，本v 软件指预制的混凝土管片。软件指预制的混凝土管片。 v衬砌：由管片经过螺栓衔接而成，一环衬砌由几块衬砌：由管片经过螺栓衔接而成，一环衬砌由几块v 管片构成。管片构成。v环向螺栓：为了构成衬砌环，衔接纳片用的螺栓，环向螺栓：为了构成衬砌环，衔接纳片用的螺栓，v 本软件以管片接头方式模本软件以管片接头方式模拟螺栓的作用。拟螺栓的作用。 v纵向螺栓：衬砌环之间相互衔接的螺栓，在本软件纵向螺栓

3、：衬砌环之间相互衔接的螺栓，在本软件v 计算模型表示图中，以表计算模型表示图中，以表 示。示。 v管片分布自重：容重乘以管片厚度。管片分布自重：容重乘以管片厚度。v管片接头：在隧道横断面上衔接纳片构成衬砌环的部管片接头：在隧道横断面上衔接纳片构成衬砌环的部v 分，在本软件计算模型分，在本软件计算模型表示图中，以表表示图中，以表v 示。示。v管片资料：在本程序中，按平面应变问题取管片资料：在本程序中，按平面应变问题取1 1米进展米进展v 计算截面的转动惯量，面计算截面的转动惯量，面积；弹性模量可积；弹性模量可v 以从混凝土设计规范上以从混凝土设计规范上查得。查得。 v管片宽度：在隧道纵向量测的管

4、片尺寸，同时也是衬管片宽度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬v 砌宽度。砌宽度。 v管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬管片厚度：在隧道纵向量测的管片尺寸，同时也是衬v 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、垂直和程度土压力 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、临近施工的影响 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

5、算水土压力计算土柱实际土柱实际H=2D1010/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部分坐标系施加部分坐标系施加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4545maxpmax

6、pPmaxPmax 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 部分地层弹簧方式部分地层弹簧方式 全周地层弹簧方式全周地层弹簧方式 部分地层弹簧与全周地层弹簧部分地层弹簧与全周地层弹簧nnnUKFsssUKFsKnK0nnUK0nnUK0nsUK0nsUK5、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分布方式单孔注浆压力分布方式xy1p122p注浆孔整环注浆压力分布方式整环注浆压力分布方式6、地震荷载、地震荷载21e21F22e21F21e22e拟静法拟静法7、荷载分布方式假设、

7、荷载分布方式假设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、构造模拟、构造模拟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间接缝梁弹簧梁弹簧接头元接头元

8、接头元线性方式接头元线性方式双双线线性性方方式式非非线线性性方方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)第第10.5.3规定：衬砌规定：衬砌环间采用错缝拼装时，可按惯用法思索由于纵向接头存在环间采用错缝拼装时，可按惯用法思索由于纵向接头存在引起的匀质圆环刚度降低及环间接经过剪力传送所引起的引起的匀质圆环刚度降低及环间接经过剪力传送所引起的断面与接头内力的重分配；或以二环为一个计算单元、块断面与接头内力的重分配；或以二环为一个计算单元、块与块间设接头的回转弹簧、两环之间设径向剪切弹簧及切与块间设接头的回转弹簧、两环之间设径向剪切弹簧及切向弹簧的计算方式进

9、展计算。向弹簧的计算方式进展计算。管片间接头管片间接头3 3构造离散化构造离散化螺栓角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方式。其中单装方式。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。而双圆错缝只需而双圆错缝只需A-B-AA-B-A一种方式。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、工程概略、工程概略 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.

10、0m,1.0m,遭到垂直压力遭到垂直压力p=226.3KN/mp=226.3KN/m，顶部程度侧压力，顶部程度侧压力q1 q1 =90.5KN/m=90.5KN/m，底部程度侧压力，底部程度侧压力q2 =162.5KN/m q2 =162.5KN/m ，自重，自重g=12.0KN/mg=12.0KN/m，管片截面的计算参数如下：弹性模量，管片截面的计算参数如下：弹性模量E=3.5E=3.5107KPa107KPa，转动惯量，转动惯量I=9.216I=9.21610-3m4 10-3m4 ，面积，面积A=0.48m2 A=0.48m2 ，地层反力系数为，地层反力系数为K=1.5K=1.5104KN/m3 104KN/m3 。mkNp/3 .226R5.020mR5.500m