盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

作     者：刘颖彬 廖少明 刘孟波 陈立生 徐伟忠 华建雄 刘浩 LIU Yingbin;LIAO Shaoming;LIU Mengbo;CHEN Lisheng;XU Weizhong;HUA Jianxiong;LIU Hao

作者机构：同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海城建市政工程(集团)有限公司上海200065 济南轨道交通集团有限公司山东济南250101 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2023年第54卷第6期

页      面：2220-2232页

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52090082) 中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(22120210428) 中华人民共和国住房和城乡建设部基金资助项目(2020-K-142) 

主　　题：盾构隧道 不均匀扭转 纵向抗扭刚度 等效连续化模型 抗扭性能 

摘      要：盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明:隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。