軟土地基大直徑地鐵盾構隧道襯砌結構受力特性數值分析研究

馬健昕

南京地鐵運營有限責任公司工務分公司 江蘇南京 210012

在隧道工程建設的過程中，盾構法應用的越發廣泛，其結構設計的方法、施工技術成熟性也相對較高，在圓形盾構隧道中應用尤為重要。為了對規模化工程建設有效適應，并對隧道結構的安全性有效滿足，不同國家有關學者都進行了大量的研究工作，研究內容包括設計模型中的結構模型、荷載模型。

1 盾構隧道襯砌結構設計

現階段，對于盾構隧道襯砌結構設計，很多國家的設計方式已經固定。從荷載模型方面來看，地層結構法、荷載結構法是主要應用的方法；從結構模型方面來看，主要是對梁接頭模型、梁彈簧模型、等效剛度模型、勻質圓環模型等應用，如表1：

表1 盾構隧道襯砌結構

不同的模式有不同的限制、優勢、且使用條件也不同。針對現階段的地層條件看，并未明確固定應用何種結構模型或是荷載模型，因此需要相關工作人員結合自身經驗，選擇相應的方法，如果工作人員經驗不足，則需要借助有限元方法，應用數值模擬進行相應的研究工作。現階段，盾構法隧道發展越發完善，且穩定性、成熟性都比較高，新型盾構隧道結構設計在傳統方法基礎上，針對具體的結構特點、參數情況進行了相應的修正。現階段本國多應用慣用法設計模型到軟土地基傳統圓形盾構隧道結構設計之中，即是等效勻質圓環結構模型、荷載-結構法。對上述模型應用，能夠對結構的安全性有效保證，但并未與不同地層條件相結合，也未與現場實測結構相結合，因此可以應用設計模型，優化隧道結構設計工作。同時，在新時期，盾構隧道發展趨勢為長、大、深，在大型公路隧道、市政工程、地鐵隧道等方面應用越來越廣泛。但另一方面，在實際盾構隧道襯砌結構設計過程中，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，會增加隧道結構變形程度，會出現低層抗力分布問題[1]。

2 實際案例

以某市地鐵線路為例，該線路中盾構隧道長度為1489.726米，包括管片744環，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黏土層、淤泥層等。經過襯砌結構設計計算以及模型建立，在隧道貫通的過程中，相關工作人員開始采集相應的測試結果，對施工因素影響有效去除，從而明確盾構隧道不同方面的情況，并明確相應的分布規律。結合具體的測試結果以及計算，得出的分析包括以下方面，如表2：

其一，與理論值相比，盾構隧道襯砌結構頂部水土總壓力實測值與其接近，但底部差異較大。為了對襯砌結構受力模式真實模擬，需要在對設計計算模型的過程中，在襯砌頂部取適當上覆土重力，并將土彈簧布置到襯砌結構下部半圓周范圍。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系，因此在盾構隧道襯砌結構設計的過程中，需要對水位的高低充分重視，避免襯砌結構受力被水位影響。其三，在對浮重度考慮的基礎上，對土壓力計算的結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，需要對側向壓力進行有效的考慮，并在計算的過程中，加強相應的重視，從而避免其對盾構隧道襯砌結構受力造成影響[2-3]。

表2 盾構隧道襯砌結構測量結果分析

3 結語

綜上所述，在對軟土地基直徑地鐵盾構隧道襯砌結構受力特性數值分析的過程中，需要針對具體測試、計算的結果，明確實際結果與理論結果之間的關系，并結合實際情況，調整具體的施工工作。針對其中的不足，相關工作人員還要加強相應的研究。