纵向力作用下的盾构隧道管片结构纵向弯曲变形性能研究

作者：鲁选一; 封坤; 漆美霖; 郭文琦; 何川; 肖明清; 王均勇

来源：工程力学, 2022, 1-12.

• 盾构隧道
• 管片结构
• 纵向刚度有效率
• 模型试验
• 弯曲变形

为探明盾构隧道在纵向力作用下的纵向弯曲变形性能，以武汉两湖隧道工程（东湖段）为背景开展了管片结构纵向模型试验，对隧道的竖向位移与纵向应变进行了研究，探明了纵向力对盾构隧道纵向弯曲变形性能的影响。研究结果表明：纵向力能够提高隧道的纵向抗弯刚度，其对纵向抗弯刚度的提升作用随竖向荷载的增加呈先增大后减小的趋势。以竖向荷载分别为3200 kN、9600 kN、16 000 kN为例，当隧道从无纵向力作用到竖纵荷载比K分别为0.56、1.67、2.78时，隧道的最大竖向位移分别减少了45.5%、56.8%、62.7%，而竖向荷载为22 400 kN、K为3.89时仅减小了23.5%。管片结构纵向刚度有效率随竖向荷载的增加而减小，根据减小的程度可分为3个阶段：第一阶段为刚度弱化阶段；第二阶段为刚度稳定阶段；第三阶段恢复至刚度弱化阶段。纵向刚度有效率同时受竖向荷载与纵向力共同的影响，且当竖向荷载一定时，竖纵荷载比越小，隧道的纵向刚度有效率越大，当竖向荷载为22 400 kN、竖纵荷载比K从35减小至3.89时，隧道的纵向刚度有效率减小了16.2%。以跨中横截面为例，隧道横截面的中性轴在竖向荷载的作用下会随着隧道的变形而上移，增加纵向力能使中性轴下移并趋近于拱腰位置。该文试验所得纵向刚度有效率在无纵向力时与现有模型试验结果相近，在考虑纵向力后大于现有研究结果，纵向刚度有效率应考虑残余纵向力的影响，建议取值为0.218～0.696。

• 单位
  西南交通大学; 中铁第四勘察设计院集团公司