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·设计研究·

北京地铁盾构隧道管片设计方法比较

陈丹
(中铁工程设计咨询集团有限公司城交院,北京100055)

摘要:根据北京地层的土质特性及其与管片的相互作用特作为盾构法隧道的衬砌———盾构管片,其厚度、钢
点,研究北京地层条件下的管片合理设计理论与模式,详细介筋含量、混凝土强度等设计的合理与否,对整个盾构隧
绍修正惯用法和梁弹簧模型法计算管片衬砌内力的理论。针道工程造价影响甚大,而其设计的合理性与管片采用
对北京地铁盾构管片设计采用的修正惯用法,使用与实际情况的计算模型息息相关。
较接近的梁弹簧模型分别计算了北京盾构施工的2个工程实
例。通过理论分析,使用梁-弹簧模型法更符合北京地铁隧道2管片环的结构模型及截面内力计算法
工程实际,可对北京地铁隧道管片进行设计优化,为北京地铁
管片环的结构模型
工程创造更高的经济效益和社会效益.211
关键词:地铁;盾构;修正惯用法;梁弹簧模型法根据对管片接头的力学上的处理方法加以分类,
中图分类号:U45913文献标识码:B则大致有如下方法。
文章编号:100422954(2009)1020060205(1)假设管片环是弯曲刚度均匀的环的方法
①不考虑管片接头部分的弯曲刚度降低,管片环
是具有和管片主截面同样刚度(EI)、且弯曲刚度均匀
1概述
的环(完全均匀刚性环)的方法。此方法比较简单,根
随着我国城市现代化进程的加快以及城市基础设据荷载的处理方法,产生了多种计算方法。其中采用
施建设的发展,大城市的交通问题日益严峻,这极大地如图1(a)中所示的惯用的荷载系统的计算方法叫惯
促进了隧道及地下工程修建技术的发展和应用。而盾用计算法。但是此模型由于没考虑管片接头的存在,
构法作为一种暗挖隧道的施工方法,以其地层适应性显然是很不合理的,按该模型进行计算,结构偏于安全
强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点而得到了广但不经济,不建议采纳此模型进行计算。
泛的应用。

图1各种方法的荷载系统

②将接头部分弯曲刚度的降低评价为环整体的弯
收稿日期:2009208211
作者简介:陈丹(1978—),女,工程师,2006年毕业于北京交通大学曲刚度的降低,管片环是具有ηEI(弯曲刚度的有效率
桥梁与隧道工程专业,工学硕士。
η≤1)弯曲刚度均匀的环(平均刚度均匀环)的方法。

(外拉)构件在设计中均结合地层的特点进行了针对
性加强与处理,满足了安全施工的工程需求。
参考文献:
[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版
社,1999.
[2]SJG05—96,深圳地区建筑深基坑支护技术规范[S].
[3]JGJ120—99,建筑基坑支护技术规程[S].
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图8轨排井段围护结构大样(单位:mm)[5]中铁工程设计咨询集团有限公司.深圳地铁5号线工程详细勘察
阶段岩土工程勘察报告(前海湾站)[Z].北京:2008.
一步控制了地面超载的不利影响,基坑围护及支撑

60铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2009(10)
陈丹—北京地铁盾构隧道管片设计方法比较
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进一步考虑到错接头的接头部分弯矩的分配,在从根围岩作用下才会成为静定结构。因此,对作用于环的
据EI均匀弯曲刚度环计算出来的截面内力中,对弯矩荷载分布以及围岩地基抗力的评价极为重要。以主动
考虑增减ζ(弯矩的提高率ζ≤1),设(1+ζ)M为主截土压力方式作用于管片环上的荷载,可以采用前面所
面的设计用弯矩,(1-ζ)M为接头的设计用弯矩。此述的惯用荷载系统,而伴随环的变形和变位而产生的
方法作为①方法较为合理的修订法,如果与①一样采地基抗力,一般根据Winkler假定进行计算。
用惯用的荷载系统,设η=1,ζ=0,就与①的方法相(4)梁弹簧计算法
同,使用η、ζ进行截面内力计算的方法叫做修正惯用梁弹簧法是根据日本实际情况,考虑错接头的拼
计算法。错缝的存在,使得管片环之间的螺栓可以发装效应而采用的方法,是村上(Murakami)和小泉(Koi2
挥纵向加强作用,使得管片间接头处的薄弱部位得到zumi)在弹性铰圆环模型基础上增加考虑了错缝拼装
加强,从而增加了管片环整体的刚度。但此模型管片效果,采用弹簧来评价环间的抗剪阻力,可用来解释管
接头位置及受力不明确,同时参数η和ζ取值很难评片接头的转动和剪切特征,并且还给出了管片纵向接
判,计算结果随意性大,使用于校核计算。头剪切效应的解析方法(又叫MK法)。此模型同
(2)假设管片环是多铰环的方法时考虑了管片接头刚度、接头位置及错缝拼装效应,是
此模型考虑了管片接头位置,但没有考虑弯曲刚一种较为合理的计算模型。该方法是将管片主截面简
度,荷载系统见图1(c)的多铰环。该模型建立在地层化