李建平

(腾达建设集团股份有限公司，浙江台州 318050)

0 引言

盾构隧道衬砌管片进行数值分析的关键问题在于结构模型本身是否能反映管片的实际受力状态。目前隧道衬砌管片横向理论解析分析方法主要有四种:惯用法、修正惯用法、多铰环法以及梁—弹簧模型［1］。本文通过ANSYS有限元分析软件采用梁—弹簧模型形象的反映管片受到土体力后的变形及弯曲、剪力和轴力分布情况，了解管片在地层中的受力情况，可以帮助我们提高管片的拼装质量以及分析隧道成环质量问题病因。

1 建立管片有限元模型

本工程地铁隧道内径为5．5 m，外径为6．2 m，把一环成型管片按照梁来考虑，故建立模型直径为(5．5+6．2)/2=5．85 m，在成型管片的6条接缝处设置弹簧单元来模拟衬砌与地层相互作用。衬砌混凝土的弹性模量E=34．5e9 Pa，泊松比取0．2。建立模型见图1。

作用在衬砌圆环上的力采用等效节点力替换［2］。节点力的计算采用Excel电子表格进行计算。计算结果见表1。

计算得出衬砌圆环的变形图、弯矩图、轴力图和剪力图，如图2～图5所示。由位移变形图可以看出，衬砌圆环在地下呈压扁形状，故成型隧道多为“横鸭蛋”。如果要想得到较好的整圆度，在拼装时进行有意识的控制为“竖鸭蛋”，即竖直直径略大于设计直径，水平直径略小于设计直径。从弯矩图看出，成环隧道下面3块管片中部弯矩较大，在管片螺栓连接处弯矩最小，而在邻接块和封顶块螺栓连接处弯矩较大，这就能说明在成型隧道中封顶块与邻接块之间的接缝容易渗漏水也较易碎裂的现象。……