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工程科技
关于盾构隧道衬砌结构常见计算问题的几点思考
陶磊
（铁道第一勘察设计院工程承包公司，甘需兰州730000）
摘要：盾构障道衬南结构在计算时，会涉及到很多计算方面的间题。但是有时候工程设计人员可能并未考虑到，通常会运用以往的工作经验来解决出现的问题。但是实除上，这对于财对计算要求较高的盾构隧道村础结构来讲并不合适。为了保证随道衬动工程计算结果的合理有效，本文就其常见的计算间题进行了探讨，仅供参考借鉴。
关键词：盾构隧道；村谢结构：计算同题：思考
现如今，我国有关学者已经探讨出了很多种计算模型，来对盾构隧道衬砌结构进行相应的计算，其中比较常见的模型有修正惯用法模型、架弹费模型等。还有一些学者针对某方面内容进行了专门的研究，都取得了比较好的成绩。但是这些研究并不全面，还有很多方面的内容并没有涉及到，比如单元长度划分对计算结果的影响等。在此本文对这些常见的计算间题进行了探究，
1单元长度划分对计算结果的影响
盾构隧道衬砌结构通常会选择应用梁单元来计算。但是国内鲜有文献报道，单元长度大小划分对衬翻结构计算结果会产生何种影响。通常情况下，梁单元长度都取1m。这主要是因为无论是衬础荷载，还是弹簧反力，都是按照单位长度来进行荷载。以某一工程为例，最初对单元长度进行了不同的划分，一种是1m，另一种0.5m。最终发现，单元长度划分不同，衬础结构计算结果并没有过多的影响，两者虽然存在着差异，但是差异能够被控制在2%。这与衬谢荷载按照单元长度均布荷载有一定的关系。从计算结果中也能够发现，单元长度划分越加精细，模拟荷载条件就越加有利。与之相同，如果结构单元能够尽可能的精细，计算效果也会比较接近预期。
2弹策设置方式对计算结果的影响
在不考虑任何因素的情况下，隧道周围水土压力所产生的合力方向是沿着隧道径向，面隧道位移趋势也是如此，为了保证隧道不会发生变形，施工人员在进行施工时，需要在隧道周围设置法向压缩弹，同时还需要设置剪切弹簧。但是正常工程中，隧道受到静力荷载作用明显所以施工人员只要设置法向弹黄就可以。地勘报告有的只是基床系数，而各个单元位置上的法弹贫反力系数应该按照角度来换算，整个计算过程非常紧项。为了能够让计算过程不再过于复杂，需要对其进行更为深人的分析。
以本人的参与的某个实际工程为例，我设置了两个模型，一个是法向弹贫模型，另一个是竖向与水平向弹簧模型。通过计算，这两个模型计算结果相差5%左右，对衬研实际配筋并不会产生过于明显的影响。工程实度中，衬础单元所设置的法向与径向弹贫的功效，实际上与竖向与水平向弹簧是相同的.这与地勘单位勘测的数据基本上哟合。这样就可以不用对单元法向弹贫基床系数进行换算，省去了很多麻烦，减轻了计算工作量。
3地面超载对计算结果的影响
通常而言，城市地铁隧道如果要穿过高层建筑，施工人员要对础结构受力进行控制，同时还需要对配筋情况进行详细的分析。现阶段，施工人员通常会将高层建筑造成的地面超载计算出来，而后再将其加人到村研结构中，最后再进行结构内力计算，同时考虑到变形间题，对其进行变形计算。但是这种计算方法，并没有考虑到高层建筑造成的地面超载，首先要转变为地层应力，之后才作用在结构上，未能考虑到这一点，施工人员自然要忽视了超载转变为地层应力时，荷载大小的变化以及作用方式产生的变化。大量的工程实践已经证明，虽然荷载结构方法概念非常清楚，同时也拥有比较明确的结构受力，但是施工人员在确定荷载时，通常应用的都是经验法。隧道围岩压力可以划分为两种形式的压力，一种是松动压力，-种是形变压力，但是具体选择娜种形式的压力，工程设计中并没有任何相关的规定，所以设计人员也无法确定地面超载具体对盾构隧道结构产生什么影响。
3.1地面均布超载对衬结构的影响
为验证现有设计理论的合理性，按常规设计方法，基于前文所
述工程实例，建立荷载-结构模型，将地面超载(200kPa)直接施加在衬砌结构上进行内力计算，另外建立地层－结构模型进行计算，对两种方法的计算结果进行对比分析。既有研究成果表明，在相回的地层条件与类似的荷载条件下荷载-结构模型与地层-结构模型得出的衬碑内力结果应在同一水平荷载-结构模型直接将地面超载施加在衬谢结构上，得出的衬谢内力相对较大，最大弯矩值增大17.3%，这可能会导致较大的对砌配筋与工程造价。
3.2地面均布超载引起的衬砌结构荷载模式
进一步分析发现，荷载-结构法计算隧道拱顶松弛土压力，已经适当考虑了地面超载的影响，所以隧道围岩压力已经在一定程度上体现了超载的影响，如果进一步再将超载全部施加在衬研上，必将加大衬砌荷载，增大结构的内力与位移趋势。因此，基于荷载一结构模型计算衬研内力与变形时，地面超载应进行一定程度的折减，体现地面超载向地层应力转变过程中的应力损失，尤其是当地面超载较大，对整个区间的衬研结构断面配筋起到控制作用时
相关计算发现，随着地表超载不断增大，隧道围岩压力与衬础内力随之增大，尤其是隧道拱顶压力与拱底反力，且超载越大，相同荷载增量下引起的围若压力增量越大，说明地表超载对衬础的影响与其荷载水平正相关。换算后的地表超载作用于衬结构上，能够确保荷载－结构法得出的衬研弯矩值与地层－结构法得出的弯矩值非常接近，均明显低于将地表超载直接施加在村研结构上的计算结果，且荷载越大，计算结果越接近。同时，相同的荷载增量，引起的衬谢内力增量非常接近，说明地表超载与衬研内力之间线性相关。
3.3地面局部超载引起的衬砌结构荷载模式
如果将构筑物基础者作是硬壳层，那么构筑物地基就可以者成是硬壳层下方的软弱下卧层，而对于构筑物超载在地基内的传播方式与压力扩散范围.涉及到构筑物基础型式、宽度、厚度以及基础与下卧层土体的变形模量之比等几个方面，既有研究表明，考虑硬壳层厚度、变形模量以及荷载作用宽度影响下的应力扩散角一般不超过30°，这也符合相关规范的规定。综合考虑多层地基中的应力扩散角与均质地基中应力的“自然扩散”，按不利原则，将地表构筑物超载引起的附件应力扩散角按30°考虑。
结束语
综上所述，可知单元长度划分对盾构隧道衬础结构不会产生过
于明显的影响，但是如果进行精细划分，更有利于的正确的计算结果；相比较法向弹资与切向弹费模型，水平与竖向弹實系数更适合应用在盾构隧道衬砌结构计算中；由于地面超载需要先转化为地层力，因此超载需要进行一定程度的折减。上述这些间题，设计人员都应该考到。
参考文献
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