基于弯矩最小化的地铁盾构隧道横断面优化设计分析

盾构隧道在过大弯矩作用下易发生横椭圆变形超限,且纵缝接头易发生结构病害,因此提出尽量减小弯矩的盾构隧道横断面设计理念。首先提出了零弯矩盾构隧道概念,得到其横断面合理轴线的结构力学模型与解析表达式,以及零弯矩盾构隧道横断面关键参数的计算公式。考虑到一条或多条地铁线路只能选用一种盾构隧道横断面,为此给出了基于弯矩最小化的盾构隧道横断面设计方法,即采用加权平均法确定零弯矩盾构隧道横断面设计的土压力参数,并给出了基于弯矩最小化的盾构隧道隧道横断面设计流程。基于弯矩最小化设计盾构隧道横断面的目的是最大限度地减小全线盾构隧道的弯矩,相比传统的圆形横断面,弯矩最小化盾构隧道横断面的弯矩有了大幅度地减小。

上软下硬复合地层基于衬砌结构弯矩最小化的隧道横断面优化设计

[目的]为有效防止隧道衬砌破损及渗漏水,对上软下硬复合地层隧道横断面进行衬砌结构弯矩最小化设计研究。[方法]根据复合地层隧道围岩压力特点及合理假设,提出软土-硬土及土-岩两类复合地层隧道衬砌结构荷载作用模式。基于最理想的零弯矩复合地层隧道优化思路,建立隧道横断面半结构力学模型,计算得出零弯矩隧道横断面合理轴线方程,以及复合地层分界线处及隧道横断面水平中线处直径解析表达式。简述了复合地层隧道横断面弯矩最小化设计流程。[结果及结论]软土-硬土隧道零弯矩横断面合理轴线呈梨形,土-岩隧道零弯矩横断面合理轴线呈类马蹄形;实际工程可基于隧道横断面合理轴线方程,通过综合评估和加权平均法来确定隧道横断面设计所需关键参数,从而设计出新型上软下硬地层隧道横断面,以期最大限度减少复合地层隧道横向变形。