[发明专利]一种可模拟盾构隧道环向接头的衬砌环模型设计方法

说明书

本发明涉及一种可模拟盾构隧道环向接头的衬砌环模型设计方法，包括以下步骤：1)根据相似比原则，确定衬砌环模型内外径和纵向宽度，形成衬砌环模具；2)以纵向分隔片模拟原型隧道环向接头，以预埋金属环模拟原型隧道环向螺栓，设计所述预埋金属环的断面直径，在所述衬砌环模具内设置纵向分隔片和预埋金属环，形成衬砌环骨架；3)设计精细混凝土材料的配比，基于所述衬砌环骨架浇筑形成衬砌环模型。与现有技术相比，本发明具有设计方法简洁易行、模拟准确、造价低等优点。

技术领域

本发明属于土木工程领域，尤其是涉及一种可模拟盾构隧道环向接头的衬砌环模型设计方法。

背景技术

盾构隧道是地下空间开发中应用最为广泛的结构形式之一，国内外大量公路隧道和轨道交通隧道均采用盾构法施工。由于盾构隧道本身的复杂性和特殊性，在进行相关课题研究时，常常需要考虑一定长度的隧道结构，比如隧道不均匀沉降研究，隧道施工引起的地面塌陷，隧道的抗震性能研究等，此类课题不可能对原型隧道进行大量的重复性试验，只能采用模型试验的方法，因此一种科学的盾构隧道衬砌环模型设计方法就显得尤为重要。盾构隧道最重要的特征在于其结构的不连续性，隧道由管片和螺栓拼装而成，形成了大量的环缝和纵缝。已有文献资料中，对盾构隧道的不连续性均进行了等效处理，即考虑到接缝对隧道刚度的削减作用，将模型的衬砌厚度适当减小，或者在衬砌环模型上局部切槽来模拟接缝对刚度的弱化效果，这样的设计方法可以在宏观上模拟隧道整体的结构特征，但无法体现原型隧道各种接缝的构造特征，而接缝部位恰恰是盾构隧道最薄弱最容易发生破坏的部分。因此需要提出一种全新的盾构隧道衬砌环模型设计方法，不仅使模型具有与原型隧道相同的接缝构造特征，还要造价低廉，制作简便，满足模型试验的大批量需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种真实性高，能有效模拟隧道结构不连续性的盾构隧道衬砌环模型设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可模拟盾构隧道环向接头的衬砌环模型设计方法，包括以下步骤：

1)根据相似比原则，确定衬砌环模型内外径和纵向宽度，形成衬砌环模具；

2)以纵向分隔片模拟原型隧道环向接头，以预埋金属环模拟原型隧道环向螺栓，设计所述预埋金属环的断面直径，在所述衬砌环模具内设置纵向分隔片和预埋金属环，形成衬砌环骨架；

3)设计精细混凝土材料的配比，基于所述衬砌环骨架浇筑形成衬砌环模型。

进一步地，所述纵向分隔片的数量和位置与原型隧道环向接头的数量和位置相对应。

进一步地，所述纵向分隔片的平面方向沿衬砌环模型的宽度方向设置。

进一步地，所述预埋金属环的个数与原型隧道环向接头的环向螺栓个数相同。

进一步地，所述纵向分隔片上设有用于穿过所述预埋金属环的通孔。

进一步地，所述预埋金属环的断面直径满足以下公式：

其中：E_sm为预埋金属环受拉弹性模量，d为预埋金属环断面直径，S_E为弹性模量相似比，S_l为几何相似比，E_s为原型隧道环向螺栓受拉弹性模量，D为原型隧道环向螺栓断面直径。

进一步地，所述精细混凝土材料的配比使精细混凝土材料的弹性模量满足以下公式：

E_cm＝S_EE_c

其中，E_cm为精细混凝土材料的弹性模量，S_E为弹性模量相似比，E_c为原型隧道混凝土弹性模量。