長距離輸水工程在穿越城市群時,往往需要深埋以規(guī)避地表及淺層地下的各類建（構(gòu)）筑物。這種情況下盾構(gòu)隧洞成為極具優(yōu)勢的選擇方案。當這種深埋隧洞的圍巖具有較好承載能力時,可以采用鋼混凝土內(nèi)襯與盾構(gòu)組成復合襯砌,與圍巖一起共同承擔管道內(nèi)的高內(nèi)水壓力。而這種隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯往往會發(fā)生開裂,進而改變其受力特征,此時內(nèi)襯、盾構(gòu)管片與圍巖如何共同受力成為了工程設(shè)計的重點和難點,對此目前還沒有成熟的計算方法和規(guī)程。針對鋼筋混凝土受內(nèi)水壓開裂后的受力變形特點,提出了鋼筋混凝土內(nèi)襯開裂后剛度減少的等效剛度計算方法,計算在內(nèi)水壓力作用下復合襯砌與圍巖共同作用的受力特點。結(jié)果表明:當圍巖彈性模量達到2 GPa時,這種結(jié)構(gòu)可以具有較好的承載能力;當圍巖彈性模量達到5 GPa時,可以承擔1 MPa以上的內(nèi)水壓力,圍巖具有較好的利用價值。研究結(jié)果為盾構(gòu)鋼筋混凝土內(nèi)襯高壓輸水隧洞聯(lián)合受力提供了簡化的計算方法。 

【文章來源】：長江科學院院報. 2020,37(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

復合襯砌受力示意圖

以6 m盾構(gòu)隧洞(盾構(gòu)管片厚300 mm)內(nèi)襯300 mm厚的C30鋼筋混凝土為例,計算設(shè)定圍巖彈性模量為2 GPa,內(nèi)水壓力分別為0.7,0.9,1.1 MPa時的聯(lián)合受力情況。當不考慮鋼筋混凝土內(nèi)襯由于開裂造成的彈性模量的改變時,計算結(jié)果如圖2所示。圖2中:3條實線為圍巖、外襯和內(nèi)襯在不同分擔內(nèi)壓下的徑向位移;3條虛線與3條實線的交點分別代表不同內(nèi)壓下各層結(jié)構(gòu)分擔的內(nèi)水壓力。從圖2可知:若內(nèi)水壓力為1.1 MPa,則復合襯砌徑向位移0.51 mm,內(nèi)襯分擔0.77 MPa,此時對應內(nèi)襯內(nèi)側(cè)的環(huán)向拉應力為6.43 MPa>[σ]=1.43 MPa(C30混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值);若內(nèi)水壓力為0.9 MPa,則復合襯砌徑向位移0.41 mm,內(nèi)襯分擔0.62 MPa,此時對應內(nèi)襯內(nèi)側(cè)的環(huán)向拉應力為5.26 MPa>[σ]=1.43 MPa;若內(nèi)水壓力為0.7 MPa,內(nèi)襯分擔為0.48 MPa,對應內(nèi)襯內(nèi)側(cè)的環(huán)向拉應力為4.09 MPa>[σ]=1.43 MPa。可見,這時內(nèi)襯混凝土環(huán)向應力較大,會產(chǎn)生開裂。混凝土開裂后,在開裂附近混凝土失去作用,內(nèi)襯的力則由鋼筋承擔,這時鋼筋混凝土內(nèi)襯的剛度降低,復合結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的荷載分擔重新調(diào)整。關(guān)鍵是內(nèi)襯開裂后,如果還能保證盾構(gòu)管片的應力安全和接頭的防滲安全,則隧道結(jié)構(gòu)的功能還是安全的。因此,研究混凝土內(nèi)襯開裂后盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的受力和變形安全性至關(guān)重要。

在沒有試驗的情況下,可以參照受拉鋼筋臨界錨固長度[20],取裂縫兩側(cè)每側(cè)影響長度為(17.5～35)d來進行計算,其中d為鋼筋的直徑,受力(拉力N)影響范圍示意圖如圖3所示。該范圍內(nèi)混凝土分擔拉力和變形能力可忽略不計,僅考慮鋼筋的作用。實際上受拉鋼筋的長度應該是裂縫寬度與鋼筋錨固(影響)長度之和,但對于一般的工程,裂縫寬度遠遠小于鋼筋影響范圍的長度,因此計算時可以忽略裂縫寬度的影響。

【參考文獻】：
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