基于改进反应位移法的盾构隧道横向抗震规律研究

许有俊; 车彦文; 田治旺; 崔广琴

doi:10.11899/zzfy20170317

基于改进反应位移法的盾构隧道横向抗震规律研究

doi: 10.11899/zzfy20170317

1.
内蒙古科技大学土木工程学院, 内蒙古自治区, 包头 014010
2.
中国中铁二院工程集团有限责任公司, 成都 610000

基金项目:

内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目 NJZY14167

详细信息

作者简介:
许有俊, 男, 生于1979年。博士, 教授, 硕士生导师。主要从事隧道、地下工程等方面的教学和科研工作。E-mail:xyoujun@163.com

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出版历程
- 收稿日期: 2016-11-17
- 刊出日期: 2017-09-01

Study of Transverse Anti-seismic Law in Shield Tunnel Based on the Improved Response Deformation Method

1.
The School of Civil Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, Inner Mongolia, China
2.
China Railway Eryuan Engineering Group Co. ltd, Chengdu 610000, China

摘要

摘要: 在地震动作用下，小间距盾构隧道夹土层区域的动力反应影响结构的内力与变形，而反应位移法未考虑夹土层弹簧参数的变化，本文针对这一误差来源，提出了改进反应位移法。一方面在反应位移法合理内容的基础上完善计算模型，另一方面通过数值计算将改进反应位移法与动力时程法进行对比分析，并拟合理论模型对改进的方法进行修正。结果表明，两种算法下结构的地震响应规律一致；间距d≥8m时，结构地震动反应变化不明显，可按反应位移法计算；理论模型提高了改进反应位移法计算结果的精度。
- 盾构隧道 /
- 夹土层弹簧 /
- 改进反应位移法 /
- 地震响应 /
- 理论模型
Abstract: The seismic response of soil layer, in shield tunneling with small interval, influences structural internal force and deformation. However, the change of soil layer spring was not considered in the response deformation method. The improved method is proposed to reduce the error source of the original method. In our study, the model is completed with improved model, which is based on rational content of the original method. Moreover, the improved method is compared with the dynamic analysis method by numerical calculation, and theory model is fit out to modify the method further. The analysis results show that seismic law under two methods is basically consistent; when the interval between two tunnels is equal or greater than 8m, the variation of seismic response of shield tunnel is little, and this can be done by the original method. This theory model increases the accuracy of the results from improved method.
- Shield tunnel /
- Soil layer spring /
- The improved response deformation method /
- Seismic response /
- Theory model

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图 1 改进反应法计算模型

Figure 1. Model of improved response deformation method

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图 2 输入地震动加速度时程和加速度傅氏谱

Figure 2. The acceleration time-histories and Fourier spectra of bedrock ground motion

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图 3 隧道尺寸及计算简图

Figure 3. Diagram of geometry and calculating for double orifice tunnels

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图 4 上层隧道弯矩最大值变化图

Figure 4. Variation of maximum moment of upper tunnel

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图 5 弯矩分布区域图（30°并行，埋深12m，间距6m，单位：kN·m）

Figure 5. Distribution area of maximum moment (30°parallel tunnels, 12m depth, 6m interval, unit: kN·m)

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图 6 弯矩最大值拟合曲线

Figure 6. Fitting curve of maximum moment

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图 7 轴力最大值变化图（30°并行）

Figure 7. Variation of maximum axial force (30°parallel tunnels)

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图 8 轴力分布区域图（30°并行，埋深12m，间距6m，单位：kN）

Figure 8. Distribution area of axial force (30°parallel tunnels, 12m depth, 6m interval, unit: kN)

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图 9 轴力最大值拟合曲线

Figure 9. Fitting curve of maximum axial force

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图 10 直径变化率（动力时程法）

Figure 10. Diameter variation rate(finite element dynamic analysis)

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图 11 直径变化率拟合曲线

Figure 11. Fitting curve of Diameter rate

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表 1 土体、隧道计算参数

Table 1. Physical parameters of soils and tunnels

名称	模量/Pa		弹性模量	泊松比	重度/kN·m^－3	粘聚力/Pa	内摩擦角/°
名称	压缩模量	动剪切模量	弹性模量	泊松比	重度/kN·m^－3	粘聚力/Pa	内摩擦角/°
土层	9.1×10⁷	8.92×10⁷		0.33	19.4	31	18
衬砌			3×10¹⁰	0.20	25

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表 2 直径变化率（‰）

Table 2. Diameter variation rate(‰)

工况	埋深/m	8	10	12	14	16
单孔隧道	间距/m	1.93	1.72	1.54	1.31	1.19
	2	1.28	1.19	1.06	0.97	0.91
	4	1.30	1.20	1.07	1.00	0.93
	6	1.28	1.21	1.04	0.98	0.88
0°并行	8	1.26	1.20	1.03	0.99	0.96
	10	1.29	1.17	1.07	0.96	0.94
	12	1.27	1.17	1.08	0.95	0.92
	14	1.26	1.18	1.06	0.97	0.90
	2	1.46	1.36	1.27	1.16	1.04
	4	1.42	1.37	1.28	1.17	1.07
	6	1.45	1.39	1.25	1.15	1.05
30°并行	8	1.47	1.37	1.25	1.14	1.07
	10	1.46	1.34	1.29	1.17	1.02
	12	1.44	1.38	1.3	1.16	1.05
	14	1.45	1.38	1.18	1.15	1.06
	2	1.63	1.57	1.39	1.22	1.07
	4	1.62	1.55	1.37	1.24	1.08
	6	1.65	1.53	1.40	1.24	1.05
60°并行	8	1.67	1.58	1.35	1.27	1.09
	10	1.60	1.48	1.38	1.21	1.08
	12	1.64	1.50	1.38	1.20	1.10
	14	1.63	1.55	1.37	1.22	1.06
	2	1.73	1.64	1.44	1.20	1.12
	4	1.77	1.66	1.45	1.18	1.11
	6	1.87	1.67	1.47	1.25	1.13
90°叠落	8	1.63	1.52	1.42	1.22	1.12
	10	1.58	1.52	1.41	1.23	1.17
	12	1.69	1.55	1.46	1.17	1.13
	14	1.83	1.57	1.42	1.22	1.14

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