广州地铁设计研究院股份有限公司 510010
摘要：本文以广州城市轨道交通18号线某区间为例，通过MIDAS GTS NX有限元分析软件建立三维模型进行线性静力分析，研究区间特殊管片在联络通道处开洞后管片受力的影响。
关键词：特殊管片；联络通道；MIDAS GTS；有限元
1、工程概况
1.1 工程概述
本区间为地铁18号线某区间，区间设置联络通道处采用4环或2环半钢半混特殊管片，其他位置采用普通钢筋混凝土管片。根据联络通道空间大小，联络通道处管片开洞尺寸为1.6mX2.8m。
1.2 计算模型及参数
1.2.1 三维模型
管片按节点分段，共分为72段，钢管片处进行简化、刚度按修正惯用法取0.8EI进行折算。分为未开洞和开洞两种工况分别计算，开洞侧管片拆除，在管片开洞侧截面减弱，采用MIDAS GTS NX进行有限元计算，周围土体约束采用弹性地基，地基系数按勘察报告岩土参数建议值表取值。
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半钢半混特殊管片计算模型
1.2.2 荷载取值
(1) 永久荷载
1) 结构自重：结构构件的容重按相关规范规定的数值取用；
2) 覆土重：根据区间岩土工程勘察报告计算；
3) 侧向土压力：根据区间岩土工程勘察报告计算；
4) 水压力：根据勘察报告中的水位计算，采用水压力圆形分布模式；
5) 侧向地层抗力：由地层弹簧施加；
6) 地基垂直抗力：由地层弹簧作用，地层弹簧刚度根据岩土工程勘察报告计算。
(2) 可变荷载
地面超载：按 20kPa 均布荷载计算；
(3) 偶然荷载
1) 地震力：按7度设防计算。
2) 人防荷载：按6级人防计算。
注：荷载主要分为水土压力、地面超载、管片自重、地层抗力、注浆压力以及地震荷载和人防荷载，根据工程经验，注浆压力、人防荷载、地震荷载不起控制作用，本次计算仅考虑永久荷载和地面超载。
根据区间隧道在联络通道处的埋深及地质情况，可得荷载如下：
（1）拱顶覆土压力：314.2Kpa；（2）侧土压力:129.64~153.33 Kpa；（3）径向水压力：154.1~235.1Kpa；（4）自重由程序考虑。
1.3 计算结果
1.3.1未开洞工况内力、位移图
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未开洞工况轴力图（水土分算）
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未开洞断面弯矩图（水土分算）
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未开洞断面位移图（水土分算）
1.3.2开洞工况内力、位移图
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开洞断面轴力图（水土分算）
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开洞断面弯矩图（水土分算）
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开洞断面位移图（水土分算）
1.3.3 内力计算结果对比表
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1.3.4 位移结果对比表
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1.3.5 内力计算结果分析
通过对各个联络通道的特殊管片计算分析后可知，当管片采用半钢半混凝土管片时，钢管片分块刚度相对混凝土管片低，在未开洞工况时，将造成管片拱顶弯矩相对标准管片拱顶弯矩有所增大，管片开洞后，拱顶弯矩有所减小，相对侧拱肩弯矩增大。
1.3.6位移计算结果分析
管片未开洞前，管片两侧基本为对称变形（受混凝土管片和钢管片刚度差异影响，略有区别）。管片开洞后，管片的刚度下降，管片变形增大，且开洞侧的管片变形增加量比未开洞侧要大。
1.4 结语
由于区间联络通道需连通区间左右线，所以需在联络通道处对管片进行开洞。管片开洞时，开洞处管片变形增大，是联络通道施工过程中一个风险较大的工况。综上所述，在管片开洞前，现场应采取有效措施，如对联络通道地层进行预加固处理和洞内支顶临时预应力型钢支撑等，确保管片开洞过程中风险处于安全可控状态。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准 地铁设计规范（GB50157-2013），中国建筑工业出版社，2013
[2]中华人民共和国国家标准 建筑结构荷载规范（GB50009-2012），中国建筑工业出版社，2012
[3]吴文涛，张恒，李海清 地铁联络通道施工力学特性分析，铁道建筑，2011
[4]刘军，贺美德，宋旱云 联络通道施工盾构管片力学行为研究，岩土工程学报，2013