軟土地基大直徑地鐵盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特性數(shù)值分析研究

馬健昕

南京地鐵運營有限責(zé)任公司工務(wù)分公司 江蘇南京 210012

在隧道工程建設(shè)的過程中，盾構(gòu)法應(yīng)用的越發(fā)廣泛，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法、施工技術(shù)成熟性也相對較高，在圓形盾構(gòu)隧道中應(yīng)用尤為重要。為了對規(guī)?；こ探ㄔO(shè)有效適應(yīng)，并對隧道結(jié)構(gòu)的安全性有效滿足，不同國家有關(guān)學(xué)者都進(jìn)行了大量的研究工作，研究內(nèi)容包括設(shè)計模型中的結(jié)構(gòu)模型、荷載模型。

1 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)階段，對于盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計，很多國家的設(shè)計方式已經(jīng)固定。從荷載模型方面來看，地層結(jié)構(gòu)法、荷載結(jié)構(gòu)法是主要應(yīng)用的方法；從結(jié)構(gòu)模型方面來看，主要是對梁接頭模型、梁彈簧模型、等效剛度模型、勻質(zhì)圓環(huán)模型等應(yīng)用，如表1：

表1 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)

不同的模式有不同的限制、優(yōu)勢、且使用條件也不同。針對現(xiàn)階段的地層條件看，并未明確固定應(yīng)用何種結(jié)構(gòu)模型或是荷載模型，因此需要相關(guān)工作人員結(jié)合自身經(jīng)驗，選擇相應(yīng)的方法，如果工作人員經(jīng)驗不足，則需要借助有限元方法，應(yīng)用數(shù)值模擬進(jìn)行相應(yīng)的研究工作。現(xiàn)階段，盾構(gòu)法隧道發(fā)展越發(fā)完善，且穩(wěn)定性、成熟性都比較高，新型盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上，針對具體的結(jié)構(gòu)特點、參數(shù)情況進(jìn)行了相應(yīng)的修正?，F(xiàn)階段本國多應(yīng)用慣用法設(shè)計模型到軟土地基傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，即是等效勻質(zhì)圓環(huán)結(jié)構(gòu)模型、荷載-結(jié)構(gòu)法。對上述模型應(yīng)用，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的安全性有效保證，但并未與不同地層條件相結(jié)合，也未與現(xiàn)場實測結(jié)構(gòu)相結(jié)合，因此可以應(yīng)用設(shè)計模型，優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。同時，在新時期，盾構(gòu)隧道發(fā)展趨勢為長、大、深，在大型公路隧道、市政工程、地鐵隧道等方面應(yīng)用越來越廣泛。但另一方面，在實際盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，還存在一定的不足，如：隨著隧道埋深距離增大，會出現(xiàn)上覆土荷載取值問題，管片直徑、厚度比值降低，會增加隧道結(jié)構(gòu)變形程度，會出現(xiàn)低層抗力分布問題[1]。

2 實際案例

以某市地鐵線路為例，該線路中盾構(gòu)隧道長度為1489.726米，包括管片744環(huán)，從地面到隧道頂部距離為11.8米到19.1米，土層主要包括類型為洪積土層、沖擊土層、人工填土、砂層、黏性土等，基巖巖性為混合花崗巖。對該位置斷面測試的過程中，得出覆土層比較單一、且比較均勻，穿過的土層包括如粉質(zhì)黏土層、淤泥層等。經(jīng)過襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計計算以及模型建立，在隧道貫通的過程中，相關(guān)工作人員開始采集相應(yīng)的測試結(jié)果，對施工因素影響有效去除，從而明確盾構(gòu)隧道不同方面的情況，并明確相應(yīng)的分布規(guī)律。結(jié)合具體的測試結(jié)果以及計算，得出的分析包括以下方面，如表2：

其一，與理論值相比，盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)頂部水土總壓力實測值與其接近，但底部差異較大。為了對襯砌結(jié)構(gòu)受力模式真實模擬，需要在對設(shè)計計算模型的過程中，在襯砌頂部取適當(dāng)上覆土重力，并將土彈簧布置到襯砌結(jié)構(gòu)下部半圓周范圍。其二，水壓力的理論值與實測值相比，基本相同。水位與水壓力之間有十分緊密的關(guān)系，因此在盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需要對水位的高低充分重視，避免襯砌結(jié)構(gòu)受力被水位影響。其三，在對浮重度考慮的基礎(chǔ)上，對土壓力計算的結(jié)果與理論值之間有較大的差異。在分算計算水土分模型過程中，需要對側(cè)向壓力進(jìn)行有效的考慮，并在計算的過程中，加強(qiáng)相應(yīng)的重視，從而避免其對盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力造成影響[2-3]。

表2 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)測量結(jié)果分析

3 結(jié)語

綜上所述，在對軟土地基直徑地鐵盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特性數(shù)值分析的過程中，需要針對具體測試、計算的結(jié)果，明確實際結(jié)果與理論結(jié)果之間的關(guān)系，并結(jié)合實際情況，調(diào)整具體的施工工作。針對其中的不足，相關(guān)工作人員還要加強(qiáng)相應(yīng)的研究。