CN104615870B - 一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，通过对比已有的缩尺模型和足尺模型的试验结果，得出该直径两种不同比例模型的隧道管片接头力学参数修正系数，按照线性关系将此系数应用于其它直径超大盾构隧道的缩尺试验结果中，反演计算出对应的超大直径盾构隧道衬砌接头的设计参数。本发明的优点是，充分利用已有的试验结果，通过间接试验的方式，可推演出不同直径盾构隧道足尺试验的管片接头力学参数，避免了直接开展大直径的足尺试验，具有明显的经济效益；得出的力学参数修正系数，可相对避免不同直径和不同缩尺比例带来的试验误差。

Description

一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法

技术领域

本发明属于隧道管片技术领域，具体涉及一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法。

背景技术

盾构法隧道衬砌环结构一般是由若干块弧形的管片拼装而成的管片环，管片与管片之间的接头、环与环之间的接头通过螺栓或其它方式连接。根据相关工程试验及计算结果的对比研究表明，接头的连接构造和力学性能强烈影响着衬砌环的内力分布和变形，因此对于隧道管片接头参数的研究计算尤为重要。

目前对隧道管片接头的研究手段主要包括足尺试验研究、模型试验研究和有限元分析等。其中，由于足尺试验是采用与实际管片尺寸完全相同的1:1模型进行的试验研究，因此该试验最能反映接头的真实情况，但是其费用昂贵，对于超大直径盾构隧道的管片接头并不适合此类试验研究。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，该方法利用已有的试验结果，通过间接试验的方式，可推演出不同直径盾构隧道管片足尺试验的管片接头力学参数。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，涉及已有的A直径隧道管片足尺试验结果，包括弯矩传递系数ζ_1:1(A)和轴力传递系数ξ_1:1(A)，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一：开展A直径和B直径两种隧道管片的同种1:n缩尺试验，其中所述缩尺试验分为纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验，n大于1；通过所述缩尺试验结果获得A直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:n(A)和轴力传递系数ξ_1:n(A)，以及B直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:n(B)和轴力传递系数ξ_1:n(B)；

步骤二：提取已有的A直径隧道管片足尺试验结果，包括弯矩传递系数ζ_1:1(A)和轴力传递系数ξ_1:1(A)，通过公式ζ_1:1(A)=α₁ζ_1:n(A)和ξ_1:1(A)=β₁ξ_1:n(A)，计算得出弯矩传递系数的比例修正值α₁和轴力传递系数的比例修正值β₁；

步骤三：通过公式ζ_1:n(B)=α₂ζ_1:n(A)和ξ_1:n(B)=β₂ξ_1:n(A)，得出弯矩传递系数的直径修正值α₂和轴力传递系数的直径修正值β₂；

步骤四：设未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数和轴力传递系数分别为ζ_1:1(B)和ξ_1:1(B)，并求得B直径隧道管片对应的足尺试验的弯矩传递系数修正值α=α₂/α₁和轴力传递系数修正值β=β₂/β₁；

步骤五：根据获得的弯矩传递系数修正值α和轴力传递系数修正值β，通过反演计算求得未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:1(B)=（α₂/α₁）ζ_1:1(A)和轴力传递系数ξ_1:1(B)=（β₂/β₁）ξ_1:1(A)。

所述n为3。

所述A直径隧道管片的直径为15m。

本发明的优点是，充分利用已有的试验结果，通过间接试验的方式，可推演出不同直径盾构隧道足尺试验的管片接头力学参数，避免了直接开展大直径的足尺试验，具有明显的经济效益；得出的力学参数修正系数，可相对避免不同直径和不同缩尺比例带来的试验误差。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

实施例：本实施例具体涉及一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，该方法通过对比已有的缩尺模型和足尺模型的试验结果，得出该直径两种不同比例模型的隧道管片接头力学参数修正系数，按照线性关系将此系数应用于其它直径超大盾构隧道的缩尺试验结果中，反演出对应的超大直径盾构隧道衬砌接头设计参数。该方法的具体步骤如下：

（1）开展比例为1:3的两种直径（15m和20.2m）隧道管片的同种缩尺试验，该缩尺试验分为纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验，这两种偏心受压试验是本领域中的常规试验，故此处不再赘述；通过该缩尺试验（即纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验）的结果获得15m直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:3(15m)和轴力传递系数ξ_1:3(15m)，以及20.2m直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:3(20.2m)和轴力传递系数ξ_1:3(20.2m)；

（2）提取已有的15m直径隧道管片的足尺试验结果，包括弯矩传递系数ζ_1:1(15m)和轴力传递系数ξ_1:1(15m)，通过利用不同比例管片的线性公式ζ_1:1(15m)=α₁ζ_1:3(15m)和ξ_1:1(15m)=β₁ξ_1:3(15m)，计算得出弯矩传递系数的比例修正值α₁和轴力传递系数的比例修正值β₁；其中所提到的足尺试验是指采用与实际管片尺寸完全相同的1:1模型进行的试验研究，足尺试验能反映接头的真实情况；

（3）通过利用不同直径隧道管片的线性关系公式ζ_{1:3（20.2m）}=α₂ζ_1:3（15m）和ξ_{1:3（20.2m）}=β₂ξ_1:3（15m），得出弯矩传递系数的直径修正值α₂和轴力传递系数的直径修正值β₂；

（4）设未知的20.2m超大直径隧道管片的弯矩传递系数和轴力传递参数分别为ζ_{1:1（20.2m）}和ξ_{1:1（20.2m）}，再次利用不同比例管片的线性关系公式ζ_1:1=αζ_1:3和ξ_1:1=βξ_1:3，可以求得此直径隧道管片对应的足尺试验的弯矩传递系数修正值α=α₂/α₁和轴力传递系数修正值β=β₂/β₁；

（5）根据获得的弯矩传递系数修正值α和轴力传递系数修正值β，通过反演计算即可求得未知的20.2m直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_{1:1（20.2m）}=（α₂/α₁）ζ_1:1（15m）和轴力传递系数ξ_{1:1（20.2m）}=（β₂/β₁）ξ_1:1（15m）。

（6）针对同类型的管片与同比例的缩尺试验，可按照以上试验方式和反演计算的方法，获得不同直径的盾构隧道管片接头设计参数。

以下为利用上述反演算法进行计算所获得的数据：

A.通过对15m直径的隧道管片进行1：1足尺实验和1：3的缩尺试验后，得到的弯矩传递系数ζ_1:1（15m）和ζ_1:3（15m）分别为0.21～0.28和0.28～0.37，进而得到比例修正值α₁的范围为0.7～0.8；得到的轴力传递系数ξ_1:1（15m）和ξ_1:3（15m）分别为0.1～0.4和0.13～0.3,进而得到比例修正值β₁的范围为0.8～1.2；

B.通过对20.2m直径的隧道管片进行1：3的缩尺试验后，得到的弯矩传递系数ζ_{1:3（20.2m）}为0.30～0.35，轴力传递系数ξ_{1:3（20.2m）}为0.35～0.38；将20.2m直径的隧道管片与15m直径隧道管片的1：3试验结果进行对比，得到弯矩传递系数的直径修正值α₂的范围为0.9～1.1，轴力传递系数的直径修正值β₂的范围为1.2～2.0；

C.将15m直径的隧道管片1：1的足尺试验结果进行反演，经过直径修正和比例修正后，得出20.2m直径1：1的衬砌接头参数分别为：弯矩传递系数ζ’_{1:1（20.2m）}的范围为0.23～0.33；轴力传递系数ξ’_{1:1（20.2m）}的范围为0.15～0.5；

D.根据20.2m直径的隧道管片1：1的足尺试验结果，其弯矩传递系数ζ_{1:1（20.2m）}范围为0.18～0.27，轴力传递系数ξ_{1:1（20.2m）}为0.2～0.36；由此可见，足尺实验得到的这两种系数的范围取值与反演计算得到的这两种系数的范围取值相接近，故可认为反演得到的管片接头参数与实际试验得出的接头参数近似，说明通过反演的方法间接得到接头参数的方法是可行的。

具体的试验结果和反演结果如下表所示：

Claims (3)

1.一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，涉及已有的A直径隧道管片足尺试验结果，包括弯矩传递系数ζ_1:1(A)和轴力传递系数ξ_1:1(A)，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一：开展A直径和B直径两种隧道管片的同种1:n缩尺试验，其中所述缩尺试验分为纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验，n大于1；通过所述缩尺试验的结果获得A直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:n(A)和轴力传递系数ξ_1:n(A)，以及B直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:n(B)和轴力传递系数ξ_1:n(B)；

步骤二：提取已有的A直径隧道管片足尺试验结果，包括弯矩传递系数ζ_1:1(A)和轴力传递系数ξ_1:1(A)，通过公式ζ_1:1(A)=α₁ζ_1:n(A)和ξ_1:1(A)=β₁ξ_1:n(A)，计算得出弯矩传递系数的比例修正值α₁和轴力传递系数的比例修正值β₁；

步骤三：通过公式ζ_1:n(B)=α₂ζ_1:n(A)和ξ_1:n(B)=β₂ξ_1:n(A)，得出弯矩传递系数的直径修正值α₂和轴力传递系数的直径修正值β₂；

步骤四：设未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数和轴力传递系数分别为ζ_1:1(B)和ξ_1:1(B)，并求得B直径隧道管片对应的足尺试验的弯矩传递系数修正值α=α₂/α₁和轴力传递系数修正值β=β₂/β₁；

步骤五：根据获得的弯矩传递系数修正值α和轴力传递系数修正值β，通过反演计算求得未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数ζ_1:1(B)=（α₂/α₁）ζ_1:1(A)和轴力传递系数ξ_1:1(B)=（β₂/β₁）ξ_1:1(A)。

2.根据权利要求1所述的一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，其特征在于所述n为3。

3.根据权利要求1所述的一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，其特征在于所述A直径隧道管片的直径为15m。