考慮環間接頭力學特性的盾構隧洞縱向分析模型

姚家晨，楊建喜，曾 東，李同春

(1. 河海大學 水利水電學院，江蘇 南京 210098； 2. 廣東粵海珠三角供水有限公司，廣東 廣州 511458)

隨著我國盾構隧洞建設規模的不斷擴大，在長距離隧洞修建過程中難免會遇到穿越斷層破碎帶等不良地質段，嚴重威脅隧洞的施工進度和安全運行[1-2]。在地層變形、荷載變化、地震等不利因素的影響下，盾構隧洞結構的薄弱部位環間接頭處更易發生環縫張開、錯臺、螺栓屈服、管片裂損等問題[3-4]。目前關于盾構隧洞橫斷面的管片接頭的研究成果較多，但是針對隧洞縱向變形環間接頭的研究較少[5]。盾構隧洞縱向力學行為的研究方法主要有接頭試驗、理論解析和有限元數值分析3種。其中，襯砌足尺試驗成本較大，國內此類研究較少[6]。理論解析方面，按不同的接頭等效方法主要分為兩種：一是以志波由紀夫等為代表的縱向等效連續化模型[7]；二是以小泉淳等為代表的縱向梁-彈簧模型[8]。其中等效連續化模型應用最廣泛，張文杰等[9-11]眾多學者綜合考慮橫向剛度、環縫影響范圍、螺栓彈塑性、橡膠襯墊等因素對該模型進行了修正改進。雖然理論解析法計算模型建模方便、計算簡單，但過多的簡化假定影響其準確性和可靠性[12]，且難以用于環間接頭不同螺栓連接情況的分析。有限元數值分析可以充分考慮土層和結構的屬性，能夠準確模擬襯砌、接頭及隧洞-地基間的相互作用，故在研究隧洞縱向結構性能方面得到廣泛應用。目前，環間接頭模擬方法主要采用彈簧單元或者桿單元模擬環間連接螺栓。……