盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計計算模型研究與優(yōu)化.pdf

1、盾構(gòu)法已在許多國家的隧道建設(shè)中得到廣泛運用，為適應(yīng)規(guī)?；ㄔO(shè)的需要，盾構(gòu)法隧道不論在施工工藝還是設(shè)計手段上正不斷趨于程式化，大多數(shù)國家在盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面都已形成較為固定的方法。但是對于不同土層條件下計算模型以及荷載計算方法的選用并沒有明確的規(guī)定，一般都依靠設(shè)計者的經(jīng)驗判斷，或者在缺乏經(jīng)驗的情況下僅借助有限元方法進行數(shù)值模擬。本文著眼于盾構(gòu)隧道設(shè)計的這一現(xiàn)狀進行了計算模型對地層條件的適應(yīng)性分析和優(yōu)化設(shè)計研究。本文在

2、總結(jié)世界范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)常用計算模型的基礎(chǔ)上，對勻質(zhì)圓環(huán)模型、彈性鉸模型和雙環(huán)梁彈簧模型這三種不同襯砌結(jié)構(gòu)模型在計算結(jié)果上作了比較研究，并針對結(jié)構(gòu)模型中重要的要素——接頭，研究了接頭剛度對結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果的影響。發(fā)現(xiàn)通縫拼裝情況下彈性鉸模型的計算彎矩小于勻質(zhì)圓環(huán)計算結(jié)果而結(jié)構(gòu)軸力和變形的情況則相反，且隨著接頭剛度的提高各種計算結(jié)果均逐漸趨近于勻質(zhì)圓環(huán)情況；而錯縫拼裝情況下結(jié)構(gòu)軸力和彎矩均比勻質(zhì)圓環(huán)情況大，且隨著接頭彎曲

3、剛度提高內(nèi)力呈現(xiàn)逐漸減小的規(guī)律。本文針對國內(nèi)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計中最常用勻質(zhì)圓環(huán)模型簡化計算的設(shè)計現(xiàn)狀在不同地層條件和接頭剛度條件下作了適應(yīng)性分析，發(fā)現(xiàn)并不是所有情況下采用勻質(zhì)圓環(huán)模型都能夠得到可靠的計算結(jié)果。在一種地層條件、接頭形式和剛度情況下，采用勻質(zhì)圓環(huán)模型對襯砌結(jié)構(gòu)進行設(shè)計會過于保守，而在另一種地層和接頭剛度條件下該模型的計算結(jié)果還可能尚不滿足實際承載要求。對荷載結(jié)構(gòu)模型來說，地層荷載模式也是計算模型種非常重要的組成

4、部分，因此本文進一步研究了不同的荷載模式，尤其是不同的主動地層荷載模式，對襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的影響。作者根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃偷罔F隧道工程的實測數(shù)據(jù)總結(jié)了傳統(tǒng)荷載模式之外的兩種地層荷載模式——正余弦模式和拋物線模式，并通過計算討論了的它們適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn)在特定條件下上述兩種主動地層荷載模式比傳統(tǒng)模式更符合實測結(jié)果。雖然作者未能從規(guī)律上得到各種不同的地層條件下主動地層荷載模的分布特點，但本文對包括傳統(tǒng)模式在內(nèi)的三種主動地層荷載模式的比

5、較研究可以對工程設(shè)計計算以及該領(lǐng)域的進一步研究提供有益的參考。在結(jié)構(gòu)模型和荷載模式適應(yīng)性研究的基礎(chǔ)上，作者對盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計的進一步優(yōu)化進行了探討，以結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)最優(yōu)為目標，建立了盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計模型，該模型可采用遺傳算法進行尋優(yōu)計算。為了考慮對施工成本的控制，在約束項中加入了相關(guān)限制條件，使優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有較高的性價比。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道，計算模型，荷載模式，適應(yīng)性分析，接頭剛度，等效剛度，通縫拼裝，錯縫拼裝，優(yōu)化