组合施工中管片受力分析   云梯车出租,  珠海云梯车出租, 珠海云梯车公司    根据实际工程，由管片受力计算公式，计算出盾构机空推时反力.  根据以上计算可以得出，空推时反力可达到176t~194t，为保证管片止水胶条不渗水，管片压紧所需压力为160t~180t，依靠盾构机提供的反力，在盾构姿态准确的理想情况下，能达到管片压紧及推进拼装的要求将推力进行折算，施加在管片环上的压力为0.2738MPa~0.3049MPa。根据国内外类似工程经验，以每次推进4环管片的方式进行拼装，包括盾构推进、管片拼装、豆砾石回填、同步注浆等工序。

    管片受力模型及计算分析, 根据现场施工，根据力学特点，将管片受力模型用隧道力学模型表达，矿山法段的隧道埋深为9.75~28.4m，力学模型取为长30m（20环管片长度），宽42m。深度大于3倍隧道直径，根据工程类比，深度取为36m，隧道外轮廓位置的x、y、z方向及外界约束。力学模型的位移边界采用固定边界，上临空面为自由表面边界，不受其他约束，横向两侧受到X（水平）向位移约束，软土地基下层边界受到Y（竖向）向约束，管片Z轴施加纵向约束，防止模型在纵向移动。现对管片受力做具体分析。管片所受的外力有土压力、水压力、上部竖向荷载以及地基反力，这些是作用在衬砌上的主要荷载（管片所受的土压力很小，这里仅作分析），受力结构如。q表示拱顶处的上覆土水压力，k表示垂直衬砌底部的抗力，1e指拱顶水平面上的侧向土水压力，2e为附加侧向土体抗力，指衬砌重度。均质圆环受力为超静定结构，由力法求解内力。从衬砌受力分布图可以看出，结构以及荷载均是关于竖轴对称的，属于正对称问题。沿对称面上的剪力属于反对称力的范畴，大小为零，实际未知的力就只有两个。在对称轴上的截面处只会发生下沉，没有水平位移及转角，管片环截面的底部看作固定支承。取半结构分析。图中的未知力为21xx、，将其移至结构的弹性中心，其柔度系数02112，位移协调方程如下，2211、分别为柔度系数；p1，p2是外荷载产生的位移。在不计轴力和剪力影响的情况下，则有sxkiikdEIMM0，0i（3-15）EI通常为常数，并且有sdd，上式可改写：dEIMMxkiik0，dEIMMxkiip.  

     条件假设, 研究组合施工中管片受力，忽略接头的影响。管片拼装时，接头处以螺栓连接，相邻管片不产生位移。将管片环简化为均质薄壁圆环是合理的。在离千斤顶作用面30m（20环管片的宽度）处，千斤顶作用的影响最小，只有管片环外凝固浆液的约束。研究资料表明，矿山法隧道推进力较小，洞门附近的管片环连接不紧密，需做好盾构贯通后20环管片螺栓紧固工作。基于以上管片设计模型及管片内力计算方法，作如下假设：（1）管片受力看作三维受力体系。（2）将一环管片作为整体考虑，假设管片环为薄壁均质的混凝土圆管。（3）忽略地下水渗流的影响。（4）同步注浆浆液是一种粘性大的流体，管片回填时，忽略注浆压力对管片的约束作用，注浆层按固态进行计算。（5）隧道最大纵坡为28‰，盾构隧道纵坡的影响可以忽略。（6）衬砌与环外注浆层间的摩擦力很小，为简化模型，不考虑摩擦力。

     根据管片受力的模型，将千斤顶对管片施加作用力的面看作XOY面，取隧道轴线与盾构作用面的交点为坐标原点，X轴方向水平向右，垂直X方向的为Y轴方向，Y轴正方向为指向地面，盾构轴线的延伸方向为Z轴正方向。根据假设条件及实际工程中管片尺寸，隧道衬砌设计模型为连续体模型。采用C50S12通用型管片，内径5.50m，外径6.20m，采用C50混凝土，抗渗等级为P12。钢筋混凝土管片的弹性模量为3.1MPa，泊松比为0.2，容重25kN/m3，Z轴方向取30m（既20环管片长）的三维实体模型。实体模型根据隧道所处的地质条件，材料类型为松散和粘结状的散体土体及岩石，通用力学模型实例为地下开挖，本构模型属于摩尔-库伦塑性模型。选用Solid45实体单元，Mesh200作为辅助网格的划分。显示了拼装管片环网格划分后的模型，有限元模型共有14700个结点，13160个单元。随管片拼装推进，浆液与管片壁后回填豆砾石逐渐凝固，与管片的握裹力逐渐增强，模型视为一端固定，一端自由。管片与隧道间的建筑空隙由浆液及豆砾石填充。根据第2章计算，管片压紧所需的推力为0.2MPa~0.3MPa之间，注浆压力为0.1~0.3MPa。模拟时，盾构推力取0.3MPa，注浆压力为0.15MPa。随着推进盾尾距离增大，管片与壁后回填浆液的握裹力逐渐增大，管片所受的土体压力、水压力相对很小，可以忽略不计。对管片的受力分析时，认为管片材料是弹性、均匀的，未考虑塑性及损伤效应。

     推力作用下管片的受力分析组合施工中，管片受力复杂。模拟管片受力时，假设盾构姿态为最佳状况。直线段时，盾构轴线与管片轴线在同一直线上。随推进的进行及管片壁后浆液的凝固，管片与回填材料的握裹力逐渐增大，管片受到地表荷载、土压力、水压力的作用相对盾构推力、注浆压力及管片自重而言很小，可以忽略。为简化模型，假设推进时，管片只有盾构推力、注浆压力及管片自重的作用。在模型计算中，通过0.3MPa时管片的应力、位移云图，分析盾构姿态对组合施工管片受力的影响。

     施加盾构推力从模拟情况来看，管片的受力比较复杂。实际施工中管片受力比模拟情况更复杂，随着推进距离增大，管片的受力也变得复杂。已拼装成型的管片在衬砌及管片背后回填注浆后，随着浆液的凝固、回填材料强度的提高，管片与土体的契合度及整体性逐渐提高，后拼装管片受到先拼装管片强度的影响也各不同。反映了在顶进压力为0.3MPa，注浆压力为0.15MPa时，推进8环时管片的位移及应力变化情况。 在组合施工的推进中，合适推力下，管片的受力比较均匀，管片的应力、应变都不大。从以上的应力应变图中可以看出：在管片的横向受力方向上，x向位移的最大值出现在右拱腰处，最小值出现在左拱腰处；x向应力的最大值和最小值出现在拱顶及拱底处，管片的顶面作为受力荷载直接承受面，相对于管片的其他位置的应力比较大；在管片的y向受力方向上，位移的最大值出现在拱顶处，最小值出现在拱底处，应力的最大值、最小值出现在右拱腰相邻处。

    组合施工时管片的位移分析,  盾构刚进入矿山法段空推时，盾构前方无土体，推力及周围环境的骤变，对管片的受力会产生影响，空推一段距离后，假定这些非主要因素的影响相应稳定，模拟管片的受力状态逐渐趋向正常。提取推进10环（第7～16环）管片的盾构姿态参数，进行正常推进状况下的管片受力分析研究。工程研究表明，管片在推进5~7环时的受力较大。在初期推进时，管片的受力相对不稳定，为得到相对准确的数据，从第7环开始，记录连续推进10环的管片受力，便于分析的准确性。组合施工没有施加推力时，管片环的受力差异不大。施加推力后，得到在推力作用下管片的受力。管片的纵向受力分布特点及变化趋势，是盾构推力作用下的主要分析对象。通过下列表格中的数据，分析盾构推进过程中管片的位移及受力。

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      随着盾尾推进距离的增大，管片环数的增加，管片环在x方向的位移总体呈现增大的趋势，推进到11环时趋于稳定。管片在x向的位移呈对称性的分布。这里仅分析了一侧的位移。管片在y方向上的位移，上浮为正，下沉为负。y向的最大位移为负，说明管片出现下沉。随着环数的增加，y向负位移逐渐增大，到12环时，趋于稳定。随着推进距离的增大，在推进过程中，管片的左右偏移及上下浮动都不大。在上述记录数据中，管片的左右偏移最大为0.19824cm，最大上浮为0.11495cm。从记录数据来看，在组合施工中，合适盾构姿态引起开挖面内受力管片的横向位移上下、左右浮动都不大。

     记载了推进7~16环管片的纵向受力，将表中的数据整理，从中看出管片纵向最大应力的变化趋势。规定拉应力为正，压应力为负。推进7~10环时，管片所受的最大压应力较大，拱腰侧压应力达到最大；11~16环时，管片的最大压应力有所减小，最大压应力分布在管片顶部，并逐渐呈现稳定趋势。管片的拉应力呈类似的变化，拉应力在11~16环时，楔形管片拱底侧拉应力最大，呈现缓慢增大趋势。组合施工中，管片所受荷载，主要是千斤顶的推力作用在管片横截面上。纵向受力是监测的主控项目。实际施工中，通过实时调整盾构姿态，实现管片的纵向受力稳定。

    管片在x方向上的最大压应力总体上呈现增大的趋势，在第11环时，管片所受的最大压应力的值稳定在1.48MPa；管片在x方向的拉应力总体上呈现递减的趋势，最终趋于稳定，与最大压应力的变化相反；在y方向的最大压应力，最初的压应力值为1.74MPa，最终稳定在0.9226MPa，变化率为46.98%，总体上是减小的；管片在y方向上的拉应力总体上呈现增大的趋势，推进到第12环时，拉应力值趋于稳定，最终稳定在0.5412MPa。

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