小转弯半径盾构隧道的施工变形规律研究.pdf

第42卷第8期
建筑技术开发
Vol42. No8
2015年8月
Building Technique Development
Aug.2015
小转弯半径盾构隧道的施工变形规律研究
刘港
(中国建筑第六工程局有限公司,天津300451)
[摘要]地下轨道交通隧道和电力输送隧道一般采用盾构法施工,通常需要采用小曲率半径的曲线隧道绕过
城市中密集的建筑物和各种管道等障碍物,特别是电力隧道转弯曲率半径可小至100m,以适应隧道
在弯曲街道下延伸。小曲率半径盾枃隧道的施工变形以及引起的环境安全问题非常复杂,是盾构隧
道施工设计和施工安全的关健性问题。通过采用有限元数值方法对小转弯半径盾构隧道的施工变
形进行分析,为设计、施工和安全分析提供依据
[关键词]小转弯半径隧道;盾构法施工;施工变形;数值计算;施工安全
[中图分类号]TU201.5
[文献标志码]A
文章编号]1001-523X(2015)08-0066-07
IDEFORMIATON ANALYSE OF SMALLTTURNING RADIUS SHIIELD
TUNNEL CONSTRUCTION
Liu Gang
Abstract] Underground tunnel and rail transportation usually adopt shield construction and take small-radius
curve tunnel to bypass urban obstacles such as the dense buildings and a variety of tunnels because
the curve radius of electricity tunnel could be as small as 100m to adapt to the extension under curved
street. The construction stress and defomation of curve shield tunne with small radius and the resulted
environmental problems are the critical issues that should be taken into consideration from the point
of construction design and safety. In the disser ation, the author analyzed the construction stress and
deformation of small-radius shield tunnel through the method of meta-data, which would provide
references for construction design and safety analysis
I Keywords] small-turning-radius tunnel; shield-method construction; construction stress and deformation
numerical calculating; safety in destruction
本课题拟运用理论分析、数值计算等研究手1直线段盾构隧道施工变形有限元分析
段,以小转弯盾构施工变形为研究对象,对小转1.1直线段盾构隧道施工变形有限元计算网格
弯盾构媵道管片设计计算模型进行优化设计,并
模型
对管片在小转弯段施工和运营过程中变形规律及1.1.1有限元模型
影响因素进行系统的理论分析和数值模拟研究
在本研究中,通过应用 MIDAS-GTS有限元
在此基础上综合分析确定小转弯盾构隧道的转弯软件,应力释放统一按原始应力的20%考虑,
半径等。研究成果可系统解决小转弯盾构隧道管对直线段建立三维模型,从而找出盾构法施工曲
片的设计问题,并为小转弯盾构隧道的施工提供线段施工变形规律。
参考。
1.1.2材料本构模型
基本模型参数如下:管片混凝土为C50混凝
收稿日期:2015-07~-12
作者简介刘港(1986),男,河南滑县人,硕士
土,E=3.45x107kN/m2,=0.2,y=25kN/m3
emailliugang6369@126.com
外包土体E=2.0x10“kN/m2,H=-0.3,盾壳
第42卷
刘港:小转弯半径盾构隧道的施工变形规律研究
第8期
E=2.06x10kNlm2,=0.167。直线段模型考推力太小盾构机无法获得足够的推进反力,千斤
虑到盾构外径6.34m,根据3~5倍洞径开挖影顶推力太大势必造成作用管片上出现不利的受载
响范围,确定取盾构中心两侧各30m,垂直地状态,因此,千斤顶推力是盾构隧道施工阶段极
表方向取50m,隧道开挖方向取60环管片即为敏感的施工要素之一,从以上计算结果分析可
90m。分别约東四周横向位移及下边界竖向位知,当千斤顶推力在14000~30000N范围变化
移作为边界条件。整个几何模型尺寸长宽高为时,千斤顶推力的变化对管片性能、地表沉降及
90mx60mx50m。隧道轴线方向网格纵向间距土体的影响范围很小,管片水平及竖向位移的变
1.5m,共54101个单元,8658个节点,土体采化幅度均未超过10%,但是当千斤顶推力超过
用实体单元,应用 Coulomb-Mohr模型;管片结30000kN时,管片结构的最大位移变化幅度开
构采用实体线弹性单元模拟。土体与管片接触面始加快,当千斤顶推力在14000~30000kN范围
之间设置了古德曼接触面单元。
时,结构的最大竖向位移在千斤顶推力发生在盾
1.13物理力参数
尾区管片,而随着千斤顶推力的逐渐增大其出现
计算中采用的施工参数如下:盾构机长8.0m,的位置逐渐远离盾尾管片区,且结构的最大位移
盾构外径6.34m,管片宽1.5m,厚30cm,盾量随着千斤顶推力的增大有所减小,综合上述计
尾空隙厚7cm,盾构刀盘外径比盾构壳外径大算结果可知一定程度上千斤顶推力能够有效提高
1cm,开挖面土体应力释放量△P=-20kPa,盾尾隧道的整体纵向刚度(尤其是对于盾尾区管片)
注浆压力P-=500kPa。
对于隧道的整体受力较为有利,而当千斤顶推力
(1)第一组模型:分别取4组推力:较小时其本身并不是影响隧道整体力学性能的控
14000,30000,5000080000kN。
制因素,而随着千斤顶推力的增大其逐渐成为隧
(2)第二组模型:分别取4组地质:软岩道结构整体受力变形的关键因素,影响的程度也
(200MPa)、粉质粘土(20MPa)、软弱土(1OMPa)、随着千斤顶推力的增大而不断增大,综合上述分
淤泥质土(5MPa)。
析可知,在安全的前提下,在一定范围内增大千
1.2直线段盾构隧道施工变形计算结果
斤顶作用力有助于提高隧道纵向刚度,而隧道纵
直线段第一组模型施工变形计算结果分析向刚度的增大限制了管片接头的张开,对于隧道
千斤顶推力是盾构隧道施工阶段的一个重受力及接头防水均有一定的益处,然而当千斤顶
要参数,大量施工经验表明千斤顶推力大小的合推力超过一定范围时,其将成为影响隧道结构性
适与否直接影响到施工推进以及管片的安全与稳能的关键因素,隧道可能出现由