盾构管片及其裂缝的控制方法技术

本申请公开了一种盾构管片裂缝的控制方法，包括：利用第一分析模型对所述盾构管片所受荷载进行分析计算，获得所述盾构管片的横向轴力和弯矩的最不利组合；确定所述相邻盾构管片的环缝部位的接触方式；在第二分析模型中对所述盾构管片施加所述盾构管片受到的最大推力荷载，同时导入所述最不利组合的横向轴力和弯矩，并模拟所述接触方式，分析获得所述盾构管片受到横向和纵向的内力；依据所述盾构管片不同阶段的内力，分别对所述盾构管片包络进行配筋。同时还提供一种盾构管片。本申请的盾构管片及其裂缝的控制方法，能有效防止所述盾构管片产生裂缝。

Shield segment and its crack control method

【技术实现步骤摘要】
盾构管片及其裂缝的控制方法
本申请涉及隧道工程领域，尤其涉及盾构管片及其裂缝的控制方法。
技术介绍
随着国家的快速发展，城市的铁路、公路等基础设施的建设也得到了很好的发展，为了迎合新时代的发展，隧道的断面面积也有越来越大的需求，伴随着的是对施工工艺的高标准要求。钢筋混凝土管片是盾构法隧道最常用的结构件，管片结构安全是其正常运行的重要保障。随着盾构法在我国隧道工程中大量应用，出现管片开裂与渗漏水的案例也逐步增多，这些问题将会影响到工程的安全性。目前隧道工程中，存在着部分盾构管片产生裂缝的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例期望提供盾构管片及其裂缝的控制方法。为达到上述目的，本申请实施例的一方面，提供一种盾构管片裂缝的控制方法，包括：利用第一分析模型对所述盾构管片所受荷载进行分析计算，获得所述盾构管片的横向轴力和弯矩的最不利组合；确定所述相邻盾构管片的环缝部位的接触方式；在第二分析模型中对所述盾构管片施加所述盾构管片受到的最大推力荷载，同时导入所述最不利组合的横向轴力和弯矩，并模拟所述接触方式，分析获得所述盾构管片受到横向和纵向的内力；依据所述盾构管片不同阶段的内力，分别对所述盾构管片包络进行配筋。进一步的，所述第一分析模型为匀质圆环模型或梁-弹簧模型。进一步地，所述荷载包括油脂区的油脂压力、脱出盾尾区的同步注浆压力和运营期横向载荷。进一步的，所述接触方式包括：凸台接触方式，包括在所述盾构管片的环缝面位于所述推力荷载一侧设置凸台；或，r>垫片接触方式，包括在所述盾构管片的环缝面背离所述推力荷载一侧设置垫片。进一步的，当选择所述凸台接触方式时，所述盾构管片制作的精度小于等于0.3mm；当选择所述垫片接触方式时，所述盾构管片制作的精度小于等于0.5mm。进一步的，所述凸台接触方式中，所述凸台设置在作为封顶块的所述盾构管片上的数量为1～2个，设置在作为标准块和邻接块的所述盾构管片上的数量为2～4个，多个所述凸台间隔设置。进一步的，所述垫片接触方式中，所述垫片的边缘距离所述盾构管片的纵缝转角为5～10mm；和/或，所述垫片的厚度为所述盾构管片的环宽尺寸最大允许误差的3～4倍。进一步的，所述凸台接触方式，根据所述盾构管片的几何及物理特性计算所述盾构管片的接触刚度，采用无拉弹簧模拟所述盾构管片与所述凸台间的接触。进一步的，所述垫片接触方式，采用非线性硬化本构模型模拟非线性的所述垫片，所述垫片与所述盾构管片间的连接采用无拉弹簧模拟。进一步的，对所述盾构管片包络进行配筋，包括：对所述盾构管片按深梁要求进行配筋；对所述盾构管片按双向偏压受力进行配筋；以及所述盾构管片因环缝面不平整而引起的纵向荷载仅为所述施工荷载时，所述盾构管片按强度要求进行配筋；所述盾构管片因环缝面不平整而引起的纵向荷载为永久荷载时，所述盾构管片按强度要求以及裂缝开展宽度要求进行配筋。本申请实施例的另一方面，提供了一种盾构管片，根据以上所述任一种所述的控制方法制作。本申请实施例提供的盾构管片及其裂缝的控制方法，利用第一分析模型对盾构管片所受荷载进行分析计算，获得盾构管片的横向轴力和弯矩的最不利组合。充分考虑盾构管片各个方向的受力情况，确定相邻盾构管片的环缝部位的接触方式，选择合适的接触方式能够更加真实地模拟盾构管片的受力状态。在第二分析模型中对盾构管片施加盾构管片受到的最大推力荷载，同时导入最不利组合的横向轴力和弯矩，并模拟接触方式，分析获得盾构管片受到横向和纵向的内力。依据盾构管片不同阶段的内力，分别对盾构管片包络进行配筋，针对性加强盾构强度，有效防止了盾构管片裂缝的产生。附图说明图1为现有技术的盾构管片产生裂纹的结构示意图；图2为现有技术的盾构管片计算配筋流程图；图3为本申请实施例中一种盾构管片裂缝的控制方法的流程图；图4为本申请一实施例中匀质圆环模型的分析模型示意图；图5为本申请一实施例中梁-弹簧模型的分析模型示意图；图6为本申请一实施例中盾构管片凸台接触的模拟结构示意图；图7为本申请一实施例中盾构管片垫片接触的模拟结构示意图；图8A为本申请一实施例中盾构管片环缝面加强配筋示意图；图8B为本申请一实施例中盾构管片环缝面加强配筋示意图；图9为本申请一实施例中盾构管片设置2mm厚度垫片产生裂缝的模拟示意图；图10为本申请一实施例中盾构管片设置3mm厚度垫片产生裂缝的模拟示意图；图11为本申请一实施例中盾构管片所受纵向荷载示意图；图12为本申请一实施例中盾构管片凸台接触模拟方法示意图；图13为本申请一实施例中盾构管片垫片接触模拟方法示意图；图14为本申请一实施例中盾构管片油脂区横向荷载示意图；图15为本申请一实施例中盾构管片同步注浆区横向荷载中注浆压力示意图；图16为本申请一实施例中盾构管片同步注浆区横向荷载中静浆压力示意图；以及图17为本申请一实施例中盾构管片运营期横向荷载示意图。附图标记说明：1、盾构管片；2、凸台；3、垫片；4、钢筋；5、垫片接触；6、荷载；7、凸台接触；8、裂缝；9、凹凸榫；10、A环；11、B环；12、C环；13、弹簧接触；N、盾构行进方向；F、推力荷载；S、不平整值；K1、接缝回转弹簧；K2、径向剪切弹簧；K3、切向剪切弹簧。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。在本申请的描述中方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。作为本申请专利技术创造性构思的一部分，在描述本申请的实施例之前，需对现有技术盾构管片产生裂纹的原因进行分析，通过合理分析找出现有技术解决裂纹技术方案的缺陷，从而得出本申请实施例的技术方案。现有技术中，参见图1所示，推力荷载F方向与盾构行进方向N相反，盾构管片1为预制构件，尺寸误差不可避免，所以在盾构管片1环缝面存在不平整值S，环缝面不平整对结构受力产生影响，导致盾构管片1产生裂缝8。现有技术中，参见图2所示，设计规范将盾构管片1拼装形成的整体结构受力计算分为横向与纵向两部分，配筋包括以下步骤：S1’：利用第一分析模型对盾构管片所受荷载进行分析计算；S2’：获得所述盾构管片的横向轴力和弯矩的最不利组合；S3’：按裂缝宽度控制所述盾构管片配筋。现有技术中，不考虑盾构管片1环缝面存在的不平整值S对结构受力的影响，没有对盾构管片1同时承受横向弯矩与纵向弯矩进行计算，在对盾构管片1进行配筋时，利用第一分析模型对盾构管片1所受荷载进行分析计算，获得所述盾构管片1的横向轴力和弯矩的最不利组合，不考虑盾构管片1因环缝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构管片裂缝的控制方法，其特征在于，包括：/n利用第一分析模型对所述盾构管片所受荷载进行分析计算，获得所述盾构管片的横向轴力和弯矩的最不利组合；/n确定所述相邻盾构管片的环缝部位的接触方式；/n在第二分析模型中对所述盾构管片施加所述盾构管片受到的最大推力荷载，同时导入所述最不利组合的横向轴力和弯矩，并模拟所述接触方式，分析获得所述盾构管片受到横向和纵向的内力；/n依据所述盾构管片不同阶段的内力，分别对所述盾构管片包络进行配筋。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构管片裂缝的控制方法，其特征在于，包括：
利用第一分析模型对所述盾构管片所受荷载进行分析计算，获得所述盾构管片的横向轴力和弯矩的最不利组合；
确定所述相邻盾构管片的环缝部位的接触方式；
在第二分析模型中对所述盾构管片施加所述盾构管片受到的最大推力荷载，同时导入所述最不利组合的横向轴力和弯矩，并模拟所述接触方式，分析获得所述盾构管片受到横向和纵向的内力；
依据所述盾构管片不同阶段的内力，分别对所述盾构管片包络进行配筋。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一分析模型为匀质圆环模型或梁-弹簧模型；或，
所述荷载包括油脂区的油脂压力、脱出盾尾区的同步注浆压力和运营期横向载荷。


3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述接触方式包括：
凸台接触方式，包括在所述盾构管片的环缝面位于所述推力荷载一侧设置凸台；或，
垫片接触方式，包括在所述盾构管片的环缝面背离所述推力荷载一侧设置垫片。


4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，
当选择所述凸台接触方式时，所述盾构管片制作的精度小于等于0.3mm；
当选择所述垫片接触方式时，所述盾构管片制作的精度小于等于0.5mm。


5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述凸台接触方式中，所述凸台设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，薛光桥，孙文昊，邓朝辉，张忆，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42