[發明專利]一種基于盾構隧道管片接縫張開量的安全評價方法

有效

• 申請號: 202010067874.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111259556B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 張志強;陳彬科;周小杰;林迪睿;趙宇
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;E21D11/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 曾克

本發明公開一種基于盾構隧道管片接縫張開量的安全評價方法，根據接縫張開量計算并判斷接縫張開最大處的螺栓拉應力是否超過限值，以確保盾構隧道的安全與穩定，并公開了接頭螺栓應力與接縫張開量的關系式。本發明快速進行隧道結構的安全評價，提供了盾構隧道結構安全評價的新途徑。

技術領域

本發明涉及隧道工程技術領域，尤其涉及一種基于盾構隧道管片接縫張開量的安全評價方法。

背景技術

近年來，隨著鐵路和公路路網建設的發展，高標準鐵路和公路隧道建設已經全面展開。由于地形地質條件復雜、設計和使用要求高等多種因素的制約，因此對盾構隧道的安全性提出了更高的要求。

目前，在采用盾構法修建隧道的過程中，主要通過預制鋼筋混凝土管片拼裝成裝配式管片來構筑圓形襯砌環。其中管片與管片之間主要依靠橫、縱向螺栓進行連接。管片的接縫一直是盾構隧道設計和建設的重點，關乎著盾構隧道安全與否。管片接縫處較之整體現澆混凝土結構的剛度更小，且由于管片間接縫通過止水橡膠密封，因此接縫張開過大時，會導致滲漏涌水、土砂流入、螺栓銹蝕、混凝土材料劣化、結構整體穩定性下降等一系列不良問題，威脅到盾構隧道的安全與穩定。目前針對盾構隧道安全評價的方法主要包括模型試驗和數值模擬兩種，尚無考慮接縫張開量這一重要指標來判斷盾構隧道安全性的可靠方法。

表1-1承壓型高強度螺栓連接的強度設計值(N/mm²)

發明內容

本發明旨在提供一種基于盾構隧道管片接縫張開量的安全評價方法，。

為達到上述目的，本發明是采用以下技術方案實現的：

本發明公開的基于盾構隧道管片接縫張開量的安全評價方法，是根據接縫張開量計算并判斷接縫張開最大處的螺栓拉應力是否超過限值，以確保盾構隧道的安全與穩定，接頭螺栓應力與接縫張開量的關系由式(1)確定：

式中：σ_B為接頭螺栓應力，x為壓縮外邊緣到中和軸的距離，d為抗拉構件的有效高度，A_B為螺栓的有效面積，M為接頭處彎矩。

優選的，壓縮外邊緣到中和軸的距離x由式(2)確定：

式中，n為彈性模量比；b為管片寬度。

優選的，接頭處彎矩M由式(3)確定：

式中，k_j為接頭處的抗拉彈簧系數，E_c為混凝土的彈性模量，δ為接縫張開量，h為管片高度。

優選的，所述式(1)基于下述條件：

a、截面假定：設管片受力變形前后保持為平面，且管片受壓區滿足平截面假定；

b、小變形假定：管片結構在荷載作用下接頭處產生的變形與轉動遠小于構件的幾何尺寸；

c、材料均勻性假定：假設管片結構為各向同性材料，構件各點的力學性質相同；

d、假定管片接頭的轉動彈簧系數變化極小，忽略不計；

e、管片結構接頭處存在抗拉構件，且中性軸位于螺栓與受壓邊緣之間；

f、混凝土對壓縮區轉角的影響深度為2倍的管片受壓邊緣到中和軸距離的2倍。

本發明的有益效果如下：

1.本發明根據測量管片接縫的最大張開量，本領域的技術人員可以通過計算判斷出接頭處螺栓的應力狀況，并由此快速進行隧道結構的安全評價，提供了盾構隧道結構安全評價的新途徑。