[發(fā)明專利]一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010438639.3
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111550262B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李化云;陳曄磊;萬宇;雷中成;鄧來;周偉;付鈞福;周孝軍;趙藝程
• 申請（專利權(quán)）人: 西華大學(xué)
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/08;E21D11/10;G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
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1.一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和分段式襯砌管片制備及安裝三個流程；所述結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟如下：A：確定隧道內(nèi)限界及襯砌內(nèi)輪廓線；B:設(shè)定襯砌及仰拱的厚度值，通過后期襯砌及仰拱配筋后的承載力和裂縫寬度驗算，進行調(diào)整襯砌和仰拱厚度；C：劃分深埋和淺埋，并計算作用在二次襯砌上的圍巖壓力；D：計算襯砌內(nèi)力；E：依據(jù)步驟D計算的結(jié)果，計算每個分段的最不利截面的法向拉應(yīng)力、有效預(yù)壓應(yīng)力、有效預(yù)加力和所需預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積，進行配筋設(shè)計，襯砌普通鋼筋的設(shè)計仍按照整個襯砌的最不利截面進行，預(yù)應(yīng)力鋼筋則根據(jù)彎矩圖劃分區(qū)域設(shè)計，彎矩作用同一邊的區(qū)域為一組；F：依據(jù)步驟A、B、C、D、E得到的結(jié)果，將預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置根據(jù)整體襯砌彎矩圖而定，曲率隨彎矩的變化而變化，使得分段式每兩塊襯砌管片接頭開口更小，其中分段式每兩塊襯砌管片之間縱向接縫采用錯縫，以頂部分塊大小變化的方式，錯開上部結(jié)構(gòu)接縫；G：驗算整體襯砌結(jié)構(gòu)的抗彎、抗壓能力，以及整體襯砌是否開裂，及開裂的裂縫有多寬，驗算不能通過的則重新選擇襯砌厚度并進行配筋設(shè)計；所述分段式襯砌管片制備及安裝中，首先工廠根據(jù)每段整體襯砌彎矩圖分割劃分每塊襯砌管片長度，然后分片制造成一段多塊管片，在制備分段式多塊襯砌管片時按預(yù)應(yīng)力筋的位置在每塊管片上對應(yīng)位置留出相應(yīng)的孔道，待構(gòu)件的混凝土達到規(guī)定的強度后，在預(yù)留孔道中穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋進行張拉，并利用錨具把張拉后的預(yù)應(yīng)力筋錨固在構(gòu)件的兩端部，最后在孔道中灌入水泥漿，使預(yù)應(yīng)力筋與混凝土分段式每塊襯砌管片形成整體；隧道現(xiàn)場若干塊分段式襯砌管片之間拼裝時，從隧道中仰拱開始按自下而上的方法拼裝，每塊襯砌之間從縱向方向拼接，通過改變拱頂?shù)墓芷笮硐唇邮┕さ恼`差，橫向若干塊襯砌管片拼接完畢后完成隧道內(nèi)縱向一段襯砌的安裝。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于，步驟A中：先根據(jù)行車速度和隧道實際要求確定隧道內(nèi)限界，然后在此基礎(chǔ)上采用多心圓確定襯砌內(nèi)輪廓線，確定襯砌內(nèi)輪廓線時，分為5個小步驟進行。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于，步驟A中，確定襯砌內(nèi)輪廓線時，5個小步驟如下，（1）在隧道內(nèi)限界邊角均做一半徑為10cm的圓；（2）以人行道往上50cm和隧道中心線交點為圓心，再以與點距離為半徑作圓，以此為襯砌的拱頂部分，并將半徑調(diào)整為10cm的整數(shù)以方便后期管片制作；（3）將隧道中心線向左偏移100cm，以該偏移線和、連線交點為圓心，再以與為半徑作圓，以此為襯砌的拱墻部分數(shù)據(jù)；（4）連接、點并延長至以為圓心的圓，在交點處做一半徑為100cm的圓，以該圓與、點連線交點為圓心，再做一半徑為100cm的圓作為襯砌的拱腳數(shù)據(jù)；（5）車行道向下偏移150cm，保證襯砌的仰拱底部至道路面層有150cm的距離，以車行道中點向上1000cm為圓心，并連接與拱腳圓下象限點，做圓，以當作襯砌的仰拱數(shù)據(jù);式中， b點及d點為隧道內(nèi)限界轉(zhuǎn)角點。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于，步驟B是為步驟D提供一個計算厚度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于，步驟C計算的結(jié)果是為步驟D提供計算所需的圍巖壓力數(shù)據(jù)；具體計算中，先計算圍巖等效荷載高度，圍巖界限埋深按等效荷載高度h_a的2~2.5倍確定，計算公式如下，h_a=0.45×2^s-1ω；深埋隧道豎直圍巖壓力計算公式如下，Q_svk=γh_a，深埋隧道圍巖側(cè)壓力計算采用深埋隧道圍巖壓力數(shù)據(jù)乘上規(guī)范規(guī)定的系數(shù)；淺埋隧道圍巖壓力計算和深埋隧道圍巖壓力計算一致_，也是按照規(guī)范所規(guī)定的方法計算出豎直圍巖壓力和側(cè)壓力；上述得到的圍巖壓力數(shù)據(jù)代入步驟D中有限元計算襯砌內(nèi)力; 式中， S是圍巖級別，ω是寬度影響系數(shù)，γ是圍巖重度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于，步驟D中：將步驟C得到的圍巖壓力數(shù)據(jù)采用有限元計算襯砌內(nèi)力，根據(jù)二次襯砌承受的全部荷載，得到鋼筋布置的依據(jù)，及襯砌內(nèi)力彎矩圖。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道裝配式預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計方法，其特征在于，步驟E中，法向拉應(yīng)力計算公式為：；有效預(yù)壓應(yīng)力公式為：；有效預(yù)加應(yīng)力公式為：，所需預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積公式為：；式中，是短期荷載效應(yīng)組合，是構(gòu)件截面受拉邊緣的彈性抵抗矩，是有效預(yù)加力，是襯砌截面面積，是預(yù)應(yīng)力鋼筋重心對混凝土截面重心的偏心矩，——混凝土抗拉強度標準值；—預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力。