岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (9): 2449-2460.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1508

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析解

王祖贤,施成华,刘建文   

  1. 中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075
  • 收稿日期:2020-10-09 修回日期:2021-03-08 出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-08-30
  • 通讯作者: 施成华,男,1973年生,博士,教授,主要从事隧道与地下工程方面的研究工作。E-mail: csusch@163.com E-mail:csusdwzx@csu.edu.cn
  • 作者简介:王祖贤,男,1994年生,博士研究生,主要从事隧道与地下工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51778636)。

Analytical solution of additional response of shield tunnel under asymmetric jack thrust

WANG Zu-xian, SHI Cheng-hua, LIU Jian-wen   

  1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410075, China
  • Received:2020-10-09 Revised:2021-03-08 Online:2021-09-10 Published:2021-08-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51778636).

摘要: 在盾构曲线掘进或纠偏时,盾尾非对称推力会在隧道端部产生一附加弯矩,该附加弯矩会引起隧道纵向变形、环间错台等施工病害。基于弹性地基梁理论,将盾构隧道简化为Winkler地基中的Timoshenko梁,建立了非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析计算模型,推导了隧道纵向变形和内力的解析解。采用有限元方法对解析解的正确性和适用性进行了验证,探明了解析模型关键参数的敏感性,进一步讨论了附加弯矩的影响范围和盾构推力的二阶效应。研究结果表明:所建立的解析模型是可靠的,对非对称推力作用下盾构隧道的附加响应分析具有良好的适用性;地基刚度和隧道刚度对隧道纵向变形的影响较对内力的影响更为显著;附加弯矩影响范围对地基刚度的变化更为敏感,两者之间呈指数型衰减关系;盾构推力提升了隧道的纵向抗弯刚度,而其产生的二阶效应的影响较低,在较低的隧道抗弯刚度和地基刚度条件下,轴力的二阶效应有所增强。

关键词: 盾构隧道, 非对称推力, 弹性地基梁理论, 解析解

Abstract: When shield is driving along a curve alignment or during deviation correction, the asymmetrical thrust will generate an additional bending moment at the head of the tunnel, which will cause construction problems such as longitudinal deformation of the tunnel and dislocation between rings. Based on the theory of elastic foundation beam, the shield tunnel is simplified as a Timoshenko beam in Winkler foundation, an analytical model for evaluating the additional response of the shield tunnel induced the asymmetric thrust is established, and the analytical solutions of longitudinal deformation and internal force of shield tunnel are deduced. Then the correctness and applicability of the analytical solutions are verified based on the finite element method, and the sensitivity of key parameters in the analytical model is further analyzed. Finally, the influence range of additional bending moment and the second order effect of shield thrust are discussed. The research results show that the proposed analytical model is reliable and has good applicability for evaluating the additional response of shield tunnel under asymmetric thrust. The influences of foundation stiffness and tunnel stiffness on the longitudinal deformation of the tunnel are more significant than the internal force. The influence range of the additional bending moment is more sensitive to the changes of the foundation stiffness, and an exponential attenuation relationship is found to exist between the two. The shield thrust improves the longitudinal bending stiffness of the tunnel, and the second-order effect produced is relatively low. Under the condition of lower bending stiffness of tunnel and foundation stiffness, the second-order effect of axial force is enhanced.

Key words: shield tunnel, asymmetric jack thrust, elastic foundation beam theory, analytical solution

中图分类号: 

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