矿山法—盾构地铁隧道的管片设计与受力研究

摘要

现如今国内城市地铁的发展使得隧道建设水平得到飞速提高，将盾构法与矿山法结合的组合隧道施工工法，能够有效发挥两种工法的长处，避免二者的不足，并以工期短、风险低、经济效益高的优点得到了越来越广泛的应用。其中衬砌管片作为隧道的永久性支撑结构，为了保证隧道稳定性、安全性以及经济性，其内力分布以及受力特征需要重点关注。本文以武汉地铁3号线过汉江段组合工法施工隧道为依托背景，对组合工法中的盾构管片的设计以及受力分析做了如下研究：
　　（1）系统的分析了管片类型以及管片的组合形式，比较了其各自的优点与缺点，针对分析的结果给出了不同的适用范围；并根据规范和本工程的实际情况确定了管片的外径、厚度、宽度等构造参数，以及纵向构造形式。为类似工程管片参数设计提供了参考和依据。
　　（2）通过比较不同管片内力计算方法的适用条件，依据实际情况选用修正惯用法对本工程单一盾构法管片内力进行分析计算，最后对管片内力值以及分布规律进行总结。
　　（3）根据有限元的思想，建立了矿山法初支和盾构管片隧道复合衬砌二维模型，分析浆液凝固阶段管片受力情况，通过对比单一盾构法的受力情况，组合工法下管片弯矩约为盾构法直接开挖拼装管片的1/10，轴力约为其2/3，发现组合工法直接采用盾构法管片会使管片性能得不到充分利用造成材料的浪费。
　　（4）为了优化管片设计，合理的利用管片性能，本文对地层参数以及结构参数进行了研究分析，定量的分析了各个参数与管片内力分布及变化规律的关系，通过多项式拟合得出了相关的函数关系，为今后的优化设计提供理论参考与依据。

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