[發明專利]可模擬環向拼裝性能的盾構隧道襯砌模型設計方法及模型

在審

• 申請號: 201811573463.1
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109493710A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 楊喻聲;張劭華;禹海濤;袁勇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種可模擬環向拼裝性能的盾構隧道襯砌模型設計方法，包括以下步驟：1)根據原型隧道的幾何尺寸和分塊特性，獲得盾構隧道襯砌模型的內外徑、縱向寬度、分塊數量和分塊位置，獲得多個管片單元；2)拼接管片單元，在相鄰管片單元設置橡膠件以模擬環向接頭，根據接頭抗彎剛度等效原則，設計所述橡膠件的厚度和硬度；3)通過模型螺栓固定所述管片單元和橡膠件，所述模型螺栓尺寸依據相似關系設計，模型螺栓的預緊力滿足設計要求。與現有技術相比，本發明具有與原型隧道相同的接縫構造特征，具有造價低廉、制作簡便、滿足模型試驗的大批量需求優點。

技術領域

本發明涉及土木工程領域，尤其是涉及一種可模擬環向拼裝性能的盾構隧道襯砌模型設計方法及模型。

背景技術

盾構隧道是地下空間開發中應用最為廣泛的結構形式之一，國內外大量城市軌道交通隧道、鐵路隧道和公路隧道均采用盾構法施工。由于盾構隧道本身的復雜性和特殊性，在進行相關課題研究時，常常需要考慮一定長度的隧道結構，比如隧道不均勻沉降研究、隧道施工引起的地面塌陷、隧道的抗震性能研究等，此類課題均不可能對原型隧道進行大量的重復性試驗，只能采用模型試驗的方法。因此一種科學的盾構隧道襯砌環模型設計方法就顯得尤為重要。盾構隧道最重要的特征在于其結構離散拼裝導致的不連續性，隧道由管片和螺栓拼裝而成，形成了大量的環縫和縱縫。根據精細化數值模擬和原型試驗研究表明，盾構隧道變形集中在接縫處，而管片僅發生有限的彈性變形。已有文獻資料中，模型試驗對盾構隧道的不連續性均進行等效處理，即考慮到接縫對隧道剛度的削減作用，將模型的襯砌厚度適當減小，或者在襯砌環模型上局部切槽來模擬接縫對剛度的弱化效果，這樣的設計方法可以在宏觀上模擬隧道整體的結構特征，但無法體現原型隧道各種接縫的構造特征，而接縫部位往往是盾構隧道最薄弱最容易發生破壞的部分。因此需要提出一種全新的盾構隧道襯砌模型設計方法，不僅使模型具有與原型隧道相同的接縫構造特征，還要造價低廉，制作簡便，滿足模型試驗的大批量需求。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種真實性高，能有效模擬隧道結構離散拼裝特性的盾構隧道襯砌模型設計方法及模型。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種可模擬環向拼裝性能的盾構隧道襯砌模型設計方法，包括以下步驟：

1)根據原型隧道的幾何尺寸和分塊特性，獲得盾構隧道襯砌模型的內外徑、縱向寬度、分塊數量和分塊位置，獲得多個管片單元；

2)拼接管片單元，在相鄰管片單元設置橡膠件以模擬環向接頭，根據接頭抗彎剛度等效原則，設計所述橡膠件的厚度和硬度；

3)通過模型螺栓固定所述管片單元和橡膠件，所述模型螺栓尺寸依據相似關系設計，模型螺栓的預緊力滿足設計要求。

進一步地，所述盾構隧道襯砌模型的分塊數量和分塊位置與原型隧道分塊數量及位置對應。

進一步地，所述接頭抗彎剛度等效原則具體為：

K_θm＝S_θK_θ

其中，K_θm為橡膠件環向接頭剛度，S_θ為環向接頭抗彎剛度相似比，K_θ為原型隧道環向接頭抗彎剛度。

進一步地，所述模型螺栓的數量和穿過所述橡膠件的位置，與原型隧道環向接頭處環向螺栓數量和位置相對應。

進一步地，所述模型螺栓的斷面尺寸通過與原型隧道的環形螺栓的相似關系確定。

進一步地，所述模型螺栓的斷面尺寸滿足的相似關系為：