對軟土地基大直徑地鐵盾構隧道襯砌結構受力特性數值淺述

王躍鋒

南京地鐵運營有限責任公司 江蘇南京 210000

現階段在城市建設過程中，例如在市政工程施工的過程中往往會運用到大直徑盾構隧道，大直徑盾構隧道的運用在一定程度上推動了地鐵區間隧道建設工程的不斷完善。在我國，大直徑盾構隧道首次被使用在上海市軌道交通16號線9標工程中。本文主要分析在大直徑地鐵盾構隧道工程建設中，如何得到襯砌結構受力特性的準確數值。

1 襯砌結構設計計算模型建立和結果分析

1.1 設計計算模型的建立

襯砌結構設計計算模型主要分類如圖1所示。

圖1 設計計算模型

盾構襯砌結構設計計算模型主要包含兩大部分，即荷載模型和襯砌結構。因此在實際的試驗過程中要以這兩種計算模型的測試結果等進行分析，同時將測試結果和現有的施工中常用設計方案進行優缺點對比，通過對比能更好反映軟土地基大直徑盾構隧道襯砌結構的受力特性的設計模型。在施工現場分析測試結果要選在隧道全面貫通之后進行采集，而且在采集數據的過程中要盡量排除施工因素的影響，從而得到盾構隧道在運營過程中襯砌結構的外荷載力和內力響應作用以及其分布規律的精準數據，在測試過程中要保證測試結果的穩定性，即測試結果不能隨著時間進行變化[1]。

首先是荷載模型。在進行不同設計模型對比的過程中可以很好分析出理論荷載和實際荷載的差異，其中荷載測試主要指在施工過程中通過計算模型設計得出的主要數值，在測試過程中將水土總壓力作為荷載值。在計算的過程中要遵循相應的轉化原理，在這個過程中要注意到計算理論荷載的過程中不需要考慮頂部超載和地層彈性抗力等因素。

盾構隧道襯砌結構的主要結構為管片，通過螺栓將管片進行連接，要注意盾構隧道襯砌結構并非是一個連續體，而是一個組合體，在測試過程中往往會受到管片之間接頭的影響，從而導致了襯砌結構模型本身的復雜性。現階段國外學者對于管片的接縫剛度有了明確的規定，要求在計算過程中完成不同的力學假定。襯砌結構模型的主要類型如圖2所示。這些襯砌結構設計模型被廣泛運用于原型盾構隧道設計過程中，在使用的過程中會發現在不同的應用條件下，這些設計模型都有著自身的優缺點，在使用的過程中要根據實際的施工具體情況進行分析和選擇，從而提高襯砌結構模型運行的有效性和實用性[2]。

建立模型進行數據計算的過程中往往會運用到的軟件為ANSYS，這種軟件在使用的過程中往往會以襯砌結構管片中軸線為基礎來進行設計計算模型的建立。

圖2 襯砌結構模型

1.2 現場測試方案

在制定現場測試方案的過程中要注重對盾構區間工程地質和埋深的情況進行分析，從而選擇合適的測試斷面，選擇測試斷面的過程中要求測試部位的上覆土呈現出單一、均勻的特點。在實際的操作過程中為了獲取更多精準的數據，就需要提高測試環境的穩定性，以此保證在測試的過程中將不可控因素的影響降到最小。

在測試的過程中可以對大直徑盾構隧道在運營過程中襯砌結構自身所受到的外荷載和實際的受力情況進行分析，在分析過程中為了保證數據的準確性，需要在管片外表面預埋水壓力計和土壓力計。在測試的過程中還會在相應的部位預埋鋼筋應力計，以此來獲取襯砌結構的內力響應規律。

在安置傳感器的過程中需要掌握管片錯縫拼裝的角度，在這個過程中要根據施工過程中錯縫拼裝方式來選擇合適的傳感器。

在進行管片拼裝之前首先要獲取預埋傳感器的數據，在進行數據采集的過程中要保證預埋傳感器的自由狀態，對于初始值的采集往往會被分為3次。而在隧道貫通使用之后就可以運用自動采集系統來進行連續采集，在數據采集的過程中要注重將施工因素的影響降到最小，以此來獲取盾構隧道在運營的過程中襯砌結構外荷載以及內力響應的具體分布規律[3]。

2 試驗結果分析

2.1 襯砌結構外荷載測試結果與分析

首先是對于水土總壓力的測試結果和具體分析。在測試的過程中會運用預埋土壓力計來獲取垂直于襯砌結構的外荷載，在排除施工因素影響的情況下往往將水土總壓力作為荷載。在對測試結果進行分析之后可以得出一個結論，即可以根據土壓力計的測試結果來分析襯砌結構水土總壓力和時間的關系。

2.2 襯砌結構內力分布及其作用規律分析

在計算襯砌結構內力的過程中要運用的基本原理在于鋼筋應力計所測試到的襯砌結構內外弧面主筋的應力。在測試過程中往往認為襯砌結構的主筋應力數值為-40至4MPa，大多數情況下測試結果為負數，但不排除截面存在拉應力的情況。在測試過程中可以保證襯砌結構處于彈性受力的階段，以此來計算相應的內力。

3 結語

本文主要分析了在實際施工過程中要如何獲取軟土地基大直徑地鐵盾構隧道襯砌結構受力特性，在此基礎上設置了相應的現場測試方案，在測試的基礎上得出相應的測試結果，通過對測試結果進行分析可以知道理論計算結果和實際測試的結果往往會存在偏差，因此在計算的過程中要注重不斷優化計算模型，從而提高數值測試的精確性。