论文部分内容阅读
【摘要】随着时代的与时俱进，现如今，地铁建设项目在我国大中型城市相继展开，盾构隧道具备安全性好、成本低等多重优势，是现阶段地铁隧道项目中极为主流的技术形式。但现阶段盾构隧道设计依然未形成规范，普遍采取的是工程类比法等，与地铁项目所提出的运营要求存在一定的差距，且是否具备充足的安全储备也是现阶段人们重点关注的话题。在此背景下，本文针对已经投入运营的隧道工程展开对比分析，对相关问题做出总结，以期给盾构隧道设计工作提供一些指导。
【关键词】地铁工程;结构设计;管片选型;参数分析
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.
随着城市交通事业的快速发展，大量地铁工程得到了建设。管片接头是地铁盾构隧道装配式衬砌管片结构的重要组成部分，在地铁盾构隧道设计期间，其对结构受力和配筋会产生重要的影响。因此，在管片衬砌结构设计阶段，还应考虑接頭作用等因素，实现结构的合理设计。
1、设计荷载取值
盾构隧道设计的核心要点在于模拟隧道围岩压力，所得的结果应该足够准确，若选取的荷载缺乏合理性，后续施工中极容易引发工程风险。对此，设计人员应充分考虑地质情况、埋深等多方面的因素，提升设计荷载取值的可行性。现阶段，盾构隧道设计荷载的可行方式较多，若采取隧道规范公式的方式，则重点考虑的是围岩压力计算高度ha，以此为基准对覆土区分类，若具备25ha≥H≥ha的关系则视为浅埋区;若具备H>25ha的关系则被视为深埋区。根据工程经验，浅埋荷载计算方法易受到多方面因素的影响。
若采取泰沙基理论则存在适用性不足的问题，相较于规范浅埋公式的方法而言其荷载相对更小，但其理论计算值略微更大一些。
2、设计工况
在设计盾构隧道时，需要充分考虑到以下三方面因素：（1）盾构隧道因其采用预制拼装工艺，建设周围环境的改变对其有较大的影响，因为必须对设计工况作严谨的思考，充分考虑各因素的影响;（2）如果隧道穿过的区域为经济待开发区，则需要考虑到物业基坑开挖的情况，基坑的开挖对地底结构影响较大，需要引起重视;（3）对于隧道上方为高差变化较大地块且地铁监管困难时，地面超载按大值取。
3、结构设计问题
在地铁区间盾构隧道设计阶段，管片衬砌结构设计容易出现结构计算模型采用不合理的问题，造成管片配筋设计不科学，给管片预制和工程造价带来不良影响。现阶段，常用隧道结构计算模型包含均质圆环模型、壳-弹簧模型以及多铰圆环模型等。采用均质圆环模型，即采用修正惯用法。作为常用方法，修正惯性法的应用需要利用小于1的刚度折减系数对管片接头影响展开分析，在不考虑接头位置的基础上，利用曲梁单位对刚度折减后的衬砌圆进行模拟，然后根据三角形抗力模拟结构计算单环管片，得到结构弯矩，最后利用弯矩增大系数进行分配。在均质圆环模型中，需要依靠经验进行弯曲刚度有效值、弯矩提高率等参数的取值，将导致结构设计准确性降低。在围岩条件较好且地层稳定情况下，可以采用多铰圆环模型，存在计算结果偏小的问题。采用壳-弹簧模型，将管片断面看成是弯曲应变状态，需要对边缘弯曲应力集中情况进行反映，但计算较为复杂。
4、管片构造设计参数
诸多因素均会对管片构造设计合理性造成影响，常见有管片内径、厚度、宽度等。盾构隧道施工中，内径的选择主要受到限界的影响，通常而言盾构隧道限界为5200mm，与此同时还要考虑施工误差、不均匀沉降等多方面因素，因此，要设置部分余量，提升内径的合理性。
从现阶段各地的地质情况来看，某地的地质状况较为优良，各项误差都可控制在100mm内，从而确定隧道的内径，即5400mm。所在区域为稳定性不足的软土地区，此时可放宽考虑，即在既有限界基础上外放100mm，可将隧道内径设置为5500mm。当然，从某地铁建设经验来看，该处盾构隧道工程中依然要适当扩大内径，通常情况下不可低于5500mm。
具体原因有：
（1）施工环节产生的偏差。由于施工中伴随明显的隧道沉降现象，通常该值会达到±200mm，若现场为软土地层还将存在盾构椭变现象，因此，管片开裂、错台等质量问题屡见不鲜。
（2）周边物业的开发。在各项施工作业的影响下致使管片出现开裂等问题。对此可适当加大隧道内径，以便给后续加固作业创造充足的空间。从我国台湾捷运隧道来看，则将内径设置为5600mm;新加坡地铁工程建设中将隧道内径设置为5800mm，设置了单层衬砌，根据实际使用需求设计年限为50年，到期后在原有基础上增设二衬，以达到100年的设计寿命;日本方面则在工程初期便施作了二次衬砌，可达到防腐、防水的效果，发挥出补强一次衬砌的作用。关于螺栓连接措施，弯螺栓连接是较为典型的形式，所使用的接头具备足够的自由度，可提升安装效率。除此之外直螺栓与刹螺栓也是较为典型的方式，可为管片的稳定连接提供支持，并达到机械快速安装的效果，但此类方法难度较大，对技术水平提出较高要求。从抗弯与抗裂的角度来看，较为可行的是直螺栓的形式，其应用效果明显优于弯螺栓和刹螺栓。综合考虑本文所提出的工程案例，若在软弱地层中展开施工作业，较为可行的是直螺栓的连接形式。
结语：
综上所述，地铁盾构隧道的结构设计具有十分重要的意义，能够很好的保证我国地铁隧道的安全性，并且盾构隧道的施工快速，不受天气的影响、不影响地面的交通环境、工作强度也不高，是地铁隧道设计的首选设计方法。
参考文献：
[1]刘央央.地铁盾构隧道结构设计的工况及设计参数研究[J].住宅与房地产，2018，23（19）：119.
[2]王建.地铁盾构隧道结构设计的工况及设计参数研究[J].城市轨道交通研究，2013，16（8）：70-74.
[3]张鹏，何平，秦东平.地铁盾构隧道管片设计参数的敏感性分析[J].都市快轨交通，2010，23（3）：81-85，94.
[4]肖明清，王少锋，龚彦峰，等.盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨[J].铁道标准设计，2019（3）：1-5.
[5]何川，刘川昆，王士民，等.裂缝数量对盾构隧道管片结构力学性能的影响[J].中国公路学报，2018，31（10）：210-219.
【关键词】地铁工程;结构设计;管片选型;参数分析
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.
随着城市交通事业的快速发展，大量地铁工程得到了建设。管片接头是地铁盾构隧道装配式衬砌管片结构的重要组成部分，在地铁盾构隧道设计期间，其对结构受力和配筋会产生重要的影响。因此，在管片衬砌结构设计阶段，还应考虑接頭作用等因素，实现结构的合理设计。
1、设计荷载取值
盾构隧道设计的核心要点在于模拟隧道围岩压力，所得的结果应该足够准确，若选取的荷载缺乏合理性，后续施工中极容易引发工程风险。对此，设计人员应充分考虑地质情况、埋深等多方面的因素，提升设计荷载取值的可行性。现阶段，盾构隧道设计荷载的可行方式较多，若采取隧道规范公式的方式，则重点考虑的是围岩压力计算高度ha，以此为基准对覆土区分类，若具备25ha≥H≥ha的关系则视为浅埋区;若具备H>25ha的关系则被视为深埋区。根据工程经验，浅埋荷载计算方法易受到多方面因素的影响。
若采取泰沙基理论则存在适用性不足的问题，相较于规范浅埋公式的方法而言其荷载相对更小，但其理论计算值略微更大一些。
2、设计工况
在设计盾构隧道时，需要充分考虑到以下三方面因素：（1）盾构隧道因其采用预制拼装工艺，建设周围环境的改变对其有较大的影响，因为必须对设计工况作严谨的思考，充分考虑各因素的影响;（2）如果隧道穿过的区域为经济待开发区，则需要考虑到物业基坑开挖的情况，基坑的开挖对地底结构影响较大，需要引起重视;（3）对于隧道上方为高差变化较大地块且地铁监管困难时，地面超载按大值取。
3、结构设计问题
在地铁区间盾构隧道设计阶段，管片衬砌结构设计容易出现结构计算模型采用不合理的问题，造成管片配筋设计不科学，给管片预制和工程造价带来不良影响。现阶段，常用隧道结构计算模型包含均质圆环模型、壳-弹簧模型以及多铰圆环模型等。采用均质圆环模型，即采用修正惯用法。作为常用方法，修正惯性法的应用需要利用小于1的刚度折减系数对管片接头影响展开分析，在不考虑接头位置的基础上，利用曲梁单位对刚度折减后的衬砌圆进行模拟，然后根据三角形抗力模拟结构计算单环管片，得到结构弯矩，最后利用弯矩增大系数进行分配。在均质圆环模型中，需要依靠经验进行弯曲刚度有效值、弯矩提高率等参数的取值，将导致结构设计准确性降低。在围岩条件较好且地层稳定情况下，可以采用多铰圆环模型，存在计算结果偏小的问题。采用壳-弹簧模型，将管片断面看成是弯曲应变状态，需要对边缘弯曲应力集中情况进行反映，但计算较为复杂。
4、管片构造设计参数
诸多因素均会对管片构造设计合理性造成影响，常见有管片内径、厚度、宽度等。盾构隧道施工中，内径的选择主要受到限界的影响，通常而言盾构隧道限界为5200mm，与此同时还要考虑施工误差、不均匀沉降等多方面因素，因此，要设置部分余量，提升内径的合理性。
从现阶段各地的地质情况来看，某地的地质状况较为优良，各项误差都可控制在100mm内，从而确定隧道的内径，即5400mm。所在区域为稳定性不足的软土地区，此时可放宽考虑，即在既有限界基础上外放100mm，可将隧道内径设置为5500mm。当然，从某地铁建设经验来看，该处盾构隧道工程中依然要适当扩大内径，通常情况下不可低于5500mm。
具体原因有：
（1）施工环节产生的偏差。由于施工中伴随明显的隧道沉降现象，通常该值会达到±200mm，若现场为软土地层还将存在盾构椭变现象，因此，管片开裂、错台等质量问题屡见不鲜。
（2）周边物业的开发。在各项施工作业的影响下致使管片出现开裂等问题。对此可适当加大隧道内径，以便给后续加固作业创造充足的空间。从我国台湾捷运隧道来看，则将内径设置为5600mm;新加坡地铁工程建设中将隧道内径设置为5800mm，设置了单层衬砌，根据实际使用需求设计年限为50年，到期后在原有基础上增设二衬，以达到100年的设计寿命;日本方面则在工程初期便施作了二次衬砌，可达到防腐、防水的效果，发挥出补强一次衬砌的作用。关于螺栓连接措施，弯螺栓连接是较为典型的形式，所使用的接头具备足够的自由度，可提升安装效率。除此之外直螺栓与刹螺栓也是较为典型的方式，可为管片的稳定连接提供支持，并达到机械快速安装的效果，但此类方法难度较大，对技术水平提出较高要求。从抗弯与抗裂的角度来看，较为可行的是直螺栓的形式，其应用效果明显优于弯螺栓和刹螺栓。综合考虑本文所提出的工程案例，若在软弱地层中展开施工作业，较为可行的是直螺栓的连接形式。
结语：
综上所述，地铁盾构隧道的结构设计具有十分重要的意义，能够很好的保证我国地铁隧道的安全性，并且盾构隧道的施工快速，不受天气的影响、不影响地面的交通环境、工作强度也不高，是地铁隧道设计的首选设计方法。
参考文献：
[1]刘央央.地铁盾构隧道结构设计的工况及设计参数研究[J].住宅与房地产，2018，23（19）：119.
[2]王建.地铁盾构隧道结构设计的工况及设计参数研究[J].城市轨道交通研究，2013，16（8）：70-74.
[3]张鹏，何平，秦东平.地铁盾构隧道管片设计参数的敏感性分析[J].都市快轨交通，2010，23（3）：81-85，94.
[4]肖明清，王少锋，龚彦峰，等.盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨[J].铁道标准设计，2019（3）：1-5.
[5]何川，刘川昆，王士民，等.裂缝数量对盾构隧道管片结构力学性能的影响[J].中国公路学报，2018，31（10）：210-219.