一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法技术

本发明专利技术公开了一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法，该方法根据盾构隧道所处的地层条件，分析盾构隧道顶部的总体埋深情况、周围的水土力学特性、地下水位情况等，综合分析后确定盾构隧道的设计水土压力模式，在此基础上设计出盾构隧道横断面的合理轴线及其关键参数，其横断面呈“上小、下大”的鸡蛋型构造，在设计水土压力作用下，其横断面理论弯矩为零。本发明专利技术的优点是，该设计计算方法简便易操作，所设计出的零弯矩盾构隧道相较于传统盾构隧道而言，可在基本不增加工程造价的情况下，最大限度地减小盾构隧道的弯矩，从而减小盾构隧道的横断面变形以及管片纵缝接头的张开变形，防止管片纵缝接头破损与渗漏水，并减少管片内钢筋使用量。

Design and calculation method of cross section of shield tunnel with zero moment

The invention discloses a design method of zero moment of cross section of shield tunnel, the method according to the formation conditions of shield tunnel, analysis of shield tunnel at the top of the overall depth, the surrounding soil mechanical properties, underground water level, comprehensive analysis to determine the soil pressure of the shield tunnel design mode, on the basis of design a reasonable axis of cross section of shield tunnel and its key parameters, the cross section is \egg type structure top down\, the effect of water pressure design, the cross section is zero moment theory. The invention has the advantages that the design method is simple and easy to operate, the design of the zero moment of shield tunnel compared with traditional shield tunnel, the basic does not increase the project cost under the condition of the moment to minimize the deformation of shield tunnel, open joint seam section so as to reduce deformation of shield tunnel segment and longitudinal prevent joint damage and infiltration, Water Leakage segment longitudinal seam, and reduce the amount of steel used in the segment.

【技术实现步骤摘要】
一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法
本专利技术属于地下空间工程
，具体涉及一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法。
技术介绍
如图1所示，现有的盾构隧道横断面普遍采用圆形结构，为了合理地利用截面空间，或提高施工效率，也有采用其它截面形式的盾构隧道，如横椭圆形、矩形、类矩形（宁波地铁三号线采用）、半圆形、马蹄形、双圆形、三圆形等。作为地下结构的盾构隧道承受的主要荷载为土压力，通常情况下，隧道承受的竖向土压力要大于水平土压力，从而导致盾构隧道发生横椭圆变形。如地铁设计规范规定，盾构隧道施工验收时最大的椭圆度变形为5D‰，D为隧道的直径，然而，对于某些地层条件，根本无法达到该规范要求。此外，软土地层的水平地层抗力系数小，隧道变形过程其水平土压力增量非常有限，因此，软土地区盾构隧道更容易发生横椭圆变形超限。如在上海、南京、杭州、宁波、天津、佛山等城市的地铁区间盾构隧道，均已大量出现了横椭圆变形过大。从平面应变角度来看，盾构隧道可视为曲梁结构，且曲梁的长度远大于曲梁的高度，由结构力学可知，梁结构发生变形主要由弯矩所致。研究表明，盾构隧道发生横断面变形，绝大部分是由于管片纵缝接头转动所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法，其特征在于所述设计计算方法使所述盾构隧道的横断面呈“上小、下大”的鸡蛋型构造，以在设计水土压力的作用下，所述盾构隧道的横断面理论弯矩为零。

【技术特征摘要】
1.一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法，其特征在于所述设计计算方法使所述盾构隧道的横断面呈“上小、下大”的鸡蛋型构造，以在设计水土压力的作用下，所述盾构隧道的横断面理论弯矩为零。2.根据权利要求1所述的一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法，其特征在于所述设计计算方法包括如下步骤：（1）根据所述盾构隧道的使用要求，确定所述盾构隧道横断面轴线的竖向直径a的值；根据整条所述盾构隧道中具有代表性隧道地层条件下的水土压力模式，计算所述盾构隧道的横断面参数，所述横断面参数包括所述盾构隧道横断面轴线表达式、横断面轴线的中心水平直径b以及横断面轴线的最大水平直径c；（2）根据所述盾构隧道的使用功能，判断所述盾构隧道的横断面空间是否满足限界使用要求；若不满足限界使用要求，则返回步骤（1）调整竖向直径a的值并重新计算所述盾构隧道的横断面参数；若满足限界使用要求，则进入步骤（3）；（3）验算所述盾构隧道的横断面在使用阶段受可变荷载与偶然荷载作用时，是否满足强度、变形以及稳定性的要求；若满足要求，则步骤（1）中最新计算获得的横断面参数即为所述盾构隧道的横断面最终参数；若不满足要求，则返回步骤（1），根据考虑部分可变荷载或偶然荷载的水土压力模式，再次计算所述盾构隧道的横断面参数。3.根据权利要求2所述的一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法，其特征在于步骤（1）中，在围岩压力为水土合算或不考虑水压力的情况下，所述水土压力模式中的土压力计算公式为：式中，P1为所述盾构隧道顶部位置的竖向土压力；P2为所述盾构隧道顶部位置的水平土压力；P3为所述盾构隧道底部位置大于所述盾构隧道顶部位置的水平土压力；γ表示隧道地层中土体的容重，对于土体分层的情况，则表示平均容重；H为所述盾构隧道的上覆土层厚度；k为所述盾构隧道侧部土体的侧土压力系数，对于土体分层的情况，则表示平均侧土压力系数；a为所述盾构隧道横断面轴线的竖向直径。4.根据权利要求2所述的一种零弯矩盾构隧道横断面的设计计算方法，其特征在于步骤（1）中，当所述盾构隧道位于地下水位以下且地层符合水土分算条件时，所述水土压力模式中的土压力计算公式为：P1为所述盾构隧道顶部位置的竖向土压力；P2为所述盾构隧道顶部位置的水平土压力；P3为所述盾构隧道底部位置大于所述隧道顶部位置的水平土压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大维，冯青松，罗锟，张鹏飞，刘庆杰，梁玉雄，刘林芽，吴神花，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36