盾構隧道設計與分析ppt課件

1、盾構隧道設計與分析盾構隧道設計與分析盾構隧道設計與分析盾構隧道設計與分析1、盾構隧道襯砌內(nèi)力分析方法、盾構隧道襯砌內(nèi)力分析方法1 1有限元法有限元法二維平面分析二維平面分析三維空間分析三維空間分析2 2荷載構造法荷載構造法慣用法慣用法梁彈簧模型梁彈簧模型梁接頭模型梁接頭模型修正慣用法修正慣用法三維盾構隧道建模表示圖三維盾構隧道建模表示圖二維盾構隧道建模表示圖二維盾構隧道建模表示圖21DD 非均質(zhì)圓環(huán)均質(zhì)圓環(huán)12/ DD慣慣用用法法與與修修正正慣慣用用法法概概念念圖圖21MMMMM2/2M2/2M2/2M2/2M1M隧道縱斷方向慣用計算法中的彎矩分配圖慣用計算法中的彎矩分配圖knksk梁彈簧模型

2、梁彈簧模型梁接頭模型梁接頭模型錯錯縫縫拼拼裝裝環(huán)環(huán)間間加加強強作作用用的的思思索索2、程序中的名詞解釋、程序中的名詞解釋v管片：圓弧形構造物，用來拼裝成隧道外輪廓，本管片：圓弧形構造物，用來拼裝成隧道外輪廓，本v 軟件指預制的混凝土管片。軟件指預制的混凝土管片。 v襯砌：由管片經(jīng)過螺栓銜接而成，一環(huán)襯砌由幾塊襯砌：由管片經(jīng)過螺栓銜接而成，一環(huán)襯砌由幾塊v 管片構成。管片構成。v環(huán)向螺栓：為了構成襯砌環(huán)，銜接納片用的螺栓，環(huán)向螺栓：為了構成襯砌環(huán)，銜接納片用的螺栓，v 本軟件以管片接頭方式模本軟件以管片接頭方式模擬螺栓的作用。擬螺栓的作用。 v縱向螺栓：襯砌環(huán)之間相互銜接的螺栓，在本軟件縱向螺栓

3、：襯砌環(huán)之間相互銜接的螺栓，在本軟件v 計算模型表示圖中，以表計算模型表示圖中，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管片接頭：在隧道橫斷面上銜接納片構成襯砌環(huán)的部管片接頭：在隧道橫斷面上銜接納片構成襯砌環(huán)的部v 分，在本軟件計算模型分，在本軟件計算模型表示圖中，以表表示圖中，以表v 示。示。v管片資料：在本程序中，按平面應變問題取管片資料：在本程序中，按平面應變問題取1 1米進展米進展v 計算截面的轉(zhuǎn)動慣量，面計算截面的轉(zhuǎn)動慣量，面積；彈性模量可積；彈性模量可v 以從混凝土設計規(guī)范上以從混凝土設計規(guī)范上查得。查得。 v管片寬度：在隧道縱向量測的管

4、片尺寸，同時也是襯管片寬度：在隧道縱向量測的管片尺寸，同時也是襯v 砌寬度。砌寬度。 v管片厚度：在隧道縱向量測的管片尺寸，同時也是襯管片厚度：在隧道縱向量測的管片尺寸，同時也是襯v 砌寬度。砌寬度。 3、荷載假定與計算、荷載假定與計算1 1荷載分類荷載分類主荷載主荷載 1、垂直和程度土壓力 2、水壓力 3、自重 4、上覆荷載 5、地基抗力 附加荷載附加荷載6、內(nèi)部荷載 7、施工荷載 8、地震的影響 特殊荷載特殊荷載 9、平行配置隧道的影響 10、臨近施工的影響 11、其他 日日本本盾盾構構隧隧道道規(guī)規(guī)范范的的分分類類方方法法日日本本盾盾構構隧隧道道規(guī)規(guī)范范的的分分類類方方法法2 2水土壓力計

5、算水土壓力計算土柱實際土柱實際H=2D1010/tan0/tan011)1 (tan)/(BHKBHKvepeKBcB)22/4/cot(01 RB水壓力計算水壓力計算cDwHwH+cDwwwHP1)(2cwwwDHP1wP2wPwHwHcDwwwHP1)(2cwwwDHPcD整體坐標系施加整體坐標系施加部分坐標系施加部分坐標系施加3 3自重自重cRWg211gg修正慣用法對自重反力的假設修正慣用法對自重反力的假設 g梁彈簧模型對自重反力的假設梁彈簧模型對自重反力的假設 4、地基抗力與地層彈簧系數(shù)、地基抗力與地層彈簧系數(shù)慣用計算法中的地層抗力假設慣用計算法中的地層抗力假設4545maxpmax

6、pPmaxPmax 地層彈簧法地層彈簧法盾構隧道所處地層參數(shù)平均化多層地層參數(shù)的均一化多層地層參數(shù)的均一化約束彈簧采用單一剛度系數(shù)1k2k2k3kPgPg 部分地層彈簧方式部分地層彈簧方式 全周地層彈簧方式全周地層彈簧方式 部分地層彈簧與全周地層彈簧部分地層彈簧與全周地層彈簧nnnUKFsssUKFsKnK0nnUK0nnUK0nsUK0nsUK5、注漿荷載、注漿荷載最大注漿壓力注漿孔平均注漿壓力注漿孔單孔注漿壓力分布方式單孔注漿壓力分布方式xy1p122p注漿孔整環(huán)注漿壓力分布方式整環(huán)注漿壓力分布方式6、地震荷載、地震荷載21e21F22e21F21e22e擬靜法擬靜法7、荷載分布方式假設、

7、荷載分布方式假設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拋物線形分布拋物線形分布Px2Px4Px1Py1Py4Py2Px3Py3YXX X，y y方向為矩形分布方向為矩形分布4、構造模擬、構造模擬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接縫接縫管片間接縫管片間接縫梁彈簧梁彈簧接頭元接頭元

8、接頭元線性方式接頭元線性方式雙雙線線性性方方式式非非線線性性方方式式管片環(huán)間接縫管片環(huán)間接縫 地鐵設計規(guī)范地鐵設計規(guī)范(GB50157-2003)第第10.5.3規(guī)定：襯砌規(guī)定：襯砌環(huán)間采用錯縫拼裝時，可按慣用法思索由于縱向接頭存在環(huán)間采用錯縫拼裝時，可按慣用法思索由于縱向接頭存在引起的勻質(zhì)圓環(huán)剛度降低及環(huán)間接經(jīng)過剪力傳送所引起的引起的勻質(zhì)圓環(huán)剛度降低及環(huán)間接經(jīng)過剪力傳送所引起的斷面與接頭內(nèi)力的重分配；或以二環(huán)為一個計算單元、塊斷面與接頭內(nèi)力的重分配；或以二環(huán)為一個計算單元、塊與塊間設接頭的回轉(zhuǎn)彈簧、兩環(huán)之間設徑向剪切彈簧及切與塊間設接頭的回轉(zhuǎn)彈簧、兩環(huán)之間設徑向剪切彈簧及切向彈簧的計算方式進

9、展計算。向彈簧的計算方式進展計算。管片間接頭管片間接頭3 3構造離散化構造離散化螺栓角2縱向螺栓螺栓角1接頭4 4管片拼裝方式管片拼裝方式 單圓和雙圓單圓和雙圓盾構隧道都有通盾構隧道都有通縫和錯縫兩種拼縫和錯縫兩種拼裝方式。其中單裝方式。其中單圓錯縫有圓錯縫有A-B-A, A-B-A, A-B-CA-B-C兩種方式。兩種方式。而雙圓錯縫只需而雙圓錯縫只需A-B-AA-B-A一種方式。一種方式。盾構隧道設計與分析算例演示盾構隧道設計與分析算例演示1 1、工程概略、工程概略 盾構襯砌環(huán)，內(nèi)徑盾構襯砌環(huán)，內(nèi)徑10.040m,10.040m,外徑外徑11.000m,11.000m,襯砌寬度襯砌寬度1.

10、0m,1.0m,遭到垂直壓力遭到垂直壓力p=226.3KN/mp=226.3KN/m，頂部程度側(cè)壓力，頂部程度側(cè)壓力q1 q1 =90.5KN/m=90.5KN/m，底部程度側(cè)壓力，底部程度側(cè)壓力q2 =162.5KN/m q2 =162.5KN/m ，自重，自重g=12.0KN/mg=12.0KN/m，管片截面的計算參數(shù)如下：彈性模量，管片截面的計算參數(shù)如下：彈性模量E=3.5E=3.5107KPa107KPa，轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)動慣量I=9.216I=9.21610-3m4 10-3m4 ，面積，面積A=0.48m2 A=0.48m2 ，地層反力系數(shù)為，地層反力系數(shù)為K=1.5K=1.5104KN/m3 104KN/m3 。mkNp/3 .226R5.020mR5.500m