盾构隧道管片检算说明——最终稿.docx

盾构隧道管片检算说明一、工程概况珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程龙溪站〜菊树站盾构区间隧道左线设计起点 里程 ZDK16+397.865，终点里程 YDK18+300.868，左线长 1906.373m左线隧道采用1.2m管片拼装，共拼装1.2m管片1585环，衬砌外径6.0m，内径5.4m，厚度0.3m,衬砌中线半径R0=2.85m管片混凝土强度等级为C50,每环衬砌设6片管片，楔形量41mm 管片之间采用2根6.8级M24螺栓连接左线1079〜1091环管片在施工过程中形成管片连续错台，其中错台最大达到6cm，在1079 环、1081环等7环管片的12点位出现管片纵缝张开现象后期变形监测结果表明，隧道已趋于稳 定二、地质情况该段隧道上方地层如图 1 所示，地质钻孔 MGF3-HF-21 位于管片受损区域，因而以该地质钻 孔揭示的地层性质为依据检算管片受力各地层物理力学指标如表 13-F216.53------———一_ 一八-, ———管片受损区域/ 1079-1091环y-H图 1 盾构隧道围岩地层表 1 各地层的岩土力学参数三、计算分析1、荷载计算(1) 结构自重 混凝土容重取 =25kN/m3(2) 围岩压力由于该处地层基本为透水性较差地层，所以采用水土合算方式来考虑围岩压力，这里采用《铁 路隧道设计规范》方法确定围岩压力。

考虑隧道上方覆土重量及地面超载隧道埋深H=12m，平 均容重Y =19.3kN/m3，粘聚力C=22.6kPa，内摩擦角申=15.5°，地面超载取P0=2OkPa，不考虑地面 硬壳层的承载作用q=251.8kPa， e1=113.3kPa， e2=167.4kPa(3) 地震力按地震烈度⑷度考虑，地震角卩=1.5°，取地震综合影响系数7=0.25,水平方向地震系数Kh=0.1 F1=nKhG/D=0.6kPa由地震引起的主动土压力增量：Ae1=1.7kPa，Ae2=2.6kPa由于隧道埋深较大，地面冲击波传至地下隧道位置(12m )时可以忽略2、计算模型采用荷载一结构模式对管片衬砌内力性计算，抗力系数取160MPa/ m，并考虑接头对的衬砌刚 度的影响衬砌的计算刚度采用管片刚度乘以一个弯曲刚度有效率(折减系数耳，取0.8)，即：(劭计=n(EJ)0 围岩对衬砌变形的约束作用采用弹性链杆模拟，盾构隧道衬砌的计算模型如图 23、内力计算结果2比考虑隧道衬砌管片的日接 =n(E0I)，采用 ANSYS 进行］⑴弯矩 「在荷载作用下的衬Ae2'rzrxLrnqF Aee — 1结构的的e2图2响口e结构冈U计算。

3、图 4 和图 52 _折减系数取耳=0.8结构计算弹模E盾构衬图砌的3 计衬算砌图结式构的弯矩2 图图 4 衬砌结构的轴力图图 5 衬砌结构的剪力图 由于地震荷载和围岩压力相比非常小，所以衬砌结构内力大小仍是近似对称最大截面弯矩 M =60.34 kN.m/m，出现在拱顶，N=651.34kN/m其次在拱腰位置(50° )，弯矩 M=52.77 kN.m/m， maxN=738.61kN/m校核管片时采用(1+©M ，校核管片接头时采用(1-©M ，弯矩弯矩增大系数取 max maxg=0.2最大剪力 Q=62.8kN4、管片强度、裂缝宽度及接头螺栓强度校核(1) 管片强度校核 每环管片长度1.2m，标准管片配筋为内侧受拉钢筋面积 A =2036mm2，外侧受压钢筋面积 gA '1634mm2每环管片内力的弯矩和轴力分别为：gM.=(1+©M =86.89 kN.m/环，N.=781.61 kN/环j max j偏心距 e =M/N=111mm0 j j相对偏心距e0/h=0.411>0.3,属于大偏心受压图 5 钢筋混凝土大偏心受压构件截面强度计算图图中，R、R分别为混凝土弯曲抗压极限强度和钢筋的抗拉或抗压计算强度。

对于C50混凝土， wgR =45.6MPa；对于HRB335钢筋，R =360MPaK为安全系数，对于钢筋混凝土结构承受主要荷 wg载，K=2.0迎水侧 a'=40mm,背水侧 a= 30mm, h0=h-a=270mmo截面中性轴的位置由下式确定：R(A e-A'e')= R bx(e-h + -)g g g w 0 2式中，A和A'分别是受拉区和受压钢筋面积；e和e'分别是轴向力距离受拉钢筋和受压钢筋合力 g g作用点的距离； x 为受压去高度受压区高度 x=127mm, x/ho=O.47vO.55 且 x/h0<2a =60mm所以，隧道管片衬砌是安全的2) 裂缝宽度根据国家规范《混凝土结构设计规范(GB50010-2002)》8.1.2节中“对e0/h0<0.55的偏心受 压构件可不验算裂缝宽度”在这里e0/h0=0.47W0.55，所以可以不进行裂缝宽度检算2) 管片接头校核螺栓抗剪检算：管片之间连接采用2根6.8级M24的螺栓，其总有效面积为AL=2X454=908mm2o螺栓承受的 可能的最大剪力为Q=75.36kN/环，则螺栓承受的剪应力t二Q二83.0MPa，远小于其抗剪强度设计值190MPa。

max AL螺栓抗拉检算：图 6 钢筋混凝土单筋矩形截面强度计算图图中Al为螺栓的面积，Rl为螺栓的抗拉屈服强度，取RL=480MPa 接头强度校核采用弯矩：M.=(1弋)M =57.93kN.m, N.=738.61kNj max je0=78mm，受压区高度由下式确定：受压区高度： x=163mmxR bx(h --)安全系数：K = 11.5 > 2Ne j实际上，x/h0=0.6>0.55,所以应按小偏心受压构件进行计算0.8-兰h螺栓的应力b = — x R = 1536 - 7.1xs 0.8 - 0.55 L联立上式及得到，x=160mm, x/h0=0.59>0.55N = R bx - A b wL( x、Ne = R bx h -—0 2丿可见，管片接头也是安全的 从以上计算结果可以看出，隧道衬砌管片和管片接头都是安全的从现场长时间监测结果来看， 该段隧道的工后总变形仅有0.26mm，说明隧道变形已经稳定，但由于连接螺栓的安全储备较小， 尤其是弯矩较大截面已经出现错台的位置处，安全储备将还要小一些，因此，建议采用在表面贴高 强纤维布，以增大衬砌结构的承载能力。