深埋隧洞管片衬砌结构受力分析Numerical analysis of segment linings in deep buried tunnels
张芳,叶文坤
摘要(Abstract):
深埋水工隧洞在高内水压作用下,其管片结构受力变形情况十分复杂。依托深圳某隧道工程,从承担不同施工开挖荷载和不同管片拼装方式两个角度,探明高水压水工隧洞管片衬砌结构的力学特性。结果表明:(1)管片承担的施工开挖荷载越大,管片“横椭圆”变形越明显,管片环向应力分布越趋于“颈缩”形态。环向螺栓应力与管片接缝张开量有关,在承担不同施工开挖荷载时,管片接缝张开量分布情况有所不同。(2)错缝拼装结构环与环之间存在明显的位移错动,纵向螺栓和环间摩擦力的存在使其具有明显的纵向加强作用。(3)纵向螺栓可分担环向螺栓的受力状态,单环管片刚度明显小于多环管片,建议在数值模拟中剪力多环管片结构。(4)通缝结构管片基本不存在环间相互作用效应,错缝结构管片内力存在一个传递的过程,由中间环向两端下降,在管片间相互作用力及纵向螺栓的作用下,中间环管片刚度有所提升。
关键词(KeyWords): 高水压;盾构隧洞;开挖荷载;管片拼装方式;受力变形
基金项目(Foundation):
作者(Author): 张芳,叶文坤
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2025.S1.009
参考文献(References):
- [1] 谭显东,刘俊,徐志成,等.“双碳”目标下“十四五”电力供需形势[J].中国电力,2021,54(5):1-6.
- [2] 张建云,周天涛,金君良.实现中国“双碳”目标水利行业可以做什么[J].水利水运工程学报,2022(1):1-8.
- [3] 张有天.我国水工地下结构建设的理论与实践[J].水力发电,1999(10):48-52.
- [4] 洪开荣.我国隧道及地下工程发展现状与展望[J].隧道建设,2015,35(2):95-107.
- [5] 王汉辉,王博士,张存慧,等.水工隧洞组合衬砌结构开裂特性研究[J].人民长江,2024,55(10):173-181.
- [6] 韩峰,徐磊,金永苗.输水隧洞内压作用下衬砌结构破坏分析[J].人民长江,2020,51(S1):149-152.
- [7] 付艳斌,王福道,陈湘生,等.破碎带地层盾构隧道建造关键问题[J].铁道标准设计,2023,67(1):25-33.
- [8] 莫键豪,唐欣薇,严振瑞.盾构输水隧洞单层衬砌结构承载变形特性研究[J].岩土工程学报,2023,45(7):1365-1373.
- [9] 赵鹏涛,娄宗科.TBM输水隧洞管片衬砌设计模型优选研究[J].中国农村水利水电,2010(3):83-86.
- [10] 张妍珺,苏凯,周利,等.基于收敛-约束法的隧洞纵向变形演化规律研究与支护时机估算[J].岩土力学,2017,38(S1):471-478.
- [11] 苏凯,崔金鹏,张智敏.隧洞施工开挖过程初次支护时机选择方法[J].中南大学学报(自然科学版),2015,46(8):3075-3082.
- [12] 加瑞,高天润,杨岗.施工应力释放和扰动对隧道地震响应影响分析[J].地下空间与工程学报,2022,18(S2):916-925.
- [13] 孟凡衍.软粘土地层施工扰动对盾构隧道和地基工后沉降影响[D].杭州:浙江大学,2019.
- [14] 钟小春,朱伟,秦建设.盾构隧道衬砌管片通缝与错缝的比较分析[J].岩土工程学报,2003(1):109-112.
- [15] 王士民,申兴柱,何祥凡,等.不同拼装方式下盾构隧道管片衬砌受力与破坏模式模型试验研究[J].土木工程学报,2017,50(6):114-124.
- [16] 张少辉.不同拼装方式下管片结构的力学行为研究[D].成都:西南交通大学,2004.
- [17] 何川,封坤,杨雄.南京长江隧道超大断面管片衬砌结构体的相似模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2007(11):2260-2269.
- [18] 彭科峰,周书剑,李树忱,等.高水压隧道盾构管片不同拼装方式力学性能分析[J].人民长江,2023,54(8):166-172.
- [19] 梁坤,封坤,肖树,等.封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响[J].西南交通大学学报,2020,55(6):1231-1239.