地铁盾构工作井三维结构模拟计算书.docx
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地铁盾构工作井三维结构模拟计算书
盾构工作井三维结构模拟计算书
、建模原则
1.模拟实际结构示意图
盾构井区段3D模拟视图:
部分区段:
边界条件处理：
连续墙贯入土体时，土的作用按照弹簧考虑，以水平弹簧模拟地层对侧墙的水平位移的约束作用，竖向弹簧模拟地层对底板、侧墙底部的竖向位移约束作用
顶、底板与墙连接节点采用钢筋连接器，内力计算中按刚性节点考虑。
（设计时，两
端及跨中弯距要适当进行调幅）
2.单元选取
连续墙、盾构孔、地板均按照Shell板（thick）单元进行模拟；
圈梁按照梁单元模拟
后浇内衬根据梁格法近似模拟成网格状分布的梁单元。
3.单元剖分
跟据结构特性和计算精度要求划分单元，模型划分单元数量：
7558个
4.模型简化
模型考虑盾构井及左右一段岀入孔，基本如实的反映了实际结构
5.结构分析范围
结构按照弹性分析
6.外部荷载的施加
（1）荷载：
...…3
覆土荷载取19KN/m
水土侧压力按朗金土压力理论，采用水土分算计算。
（2）荷载组合：
结构自重
侧向水土压力
底面超载引起侧土压力
竖向土层荷载
水浮力
、建模思路
考虑到盾构井处结构变化引起分析的复杂性，建立三维模型计算处理盾构井结构特性，就是
为了尽可能反映结构整体的受力和变形，避免平面模型的计算误差，整个模型均按照图纸设定结
构尺寸和构件大小。
模型在Sap2000中建立，
定义材料性质为混凝土材料，混凝土强度等级：
C30,素混凝土自重：
22KN/m3，钢筋混凝
自重：
25KN/m3;
定义相关截面尺寸；
定义荷载及荷载组合；
建立三维模型；
施加荷载，建立边界约束；
运行分析。
三、荷载数据及参数选取
竖向土层压力，超载引起测压力，水
荷载包括结构自重和外部荷载，外部荷载包括水土侧压力,浮力。
水土压力取值按下表
编号
土层
层底标高
层厚
重度
c
©
Ka
0
0
0
0
0
0
0
0.0000
1.1
1.4
1.4
18.6
8
18
0.5279
1
1.1
3.50
2.1
19.1
18
10
0.7041
2
2
11
7.5
18
10
6
0.8107
3
3
14.00
3.0
18.8
14
8
0.7557
4
4-1
15.5
1.5
19.5
11.5
21.5
0.4636
5
4-2
20.30
4.8
18.8
14
8
0.7557
编号
土层
计算点
计算点
计算点
计算点
计算点
计算点
计算点
土压力
侧压力
水压力
水土侧压力
超载测压力
侧压力总计
水土压力
0
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
1.1
9.30
-6.72
-6.72
10.56
3.84
9.30
1
1.1
49.41
4.58
30
34.58
14.08
48.66
79.41
2
2
184.41
131.50
105.00
236.50
16.21
252.71
289.41
3
3
240.81
157.63
135
292.63
15.11
307.74
375.81
4
4.1
270.06
109.54
150.00
259.54
9.27
268.81
420.06
5
4.2
360.30
247.92
198
445.92
15.11
461.04
558.30
计算工况：
1.35X自重+1.35土压力+1.4X超载侧压力+1.05X水浮力底板竖向弹簧系数：
10000
侧墙水平弹簧系数：
20000
侧墙底部竖向弹簧系数：
100000
侧墙底部水平弹簧系数：
40000
四、控制截面的内力、应力计算结果
变形：
（m
Max=0.012m
受力:
（基本单位：
KNm）
工作井侧墙受力情况：
^^-1凹41卫龍肛昨411阴（］.誹抽4）.*T心皿41.刹-BITU.OT叮临PL,!
-
平面力F22
Max=2422.151
Min=81.808
G.5&-U.49-0^1-01324L24-D.15-0.07D.02
平面力F12
Max=1696.114
Min=135.915
■■g,一理L打__屮川；蛀I-IMI-ri32-D”-tn勺•u.|7n
»083-0.75
-O_5fl0JI9-D.I1
平面弯距M11
Max=4069.061
Min=1807.534
-0,66
0.32-0.2401S-0.D70.02「
3
平面弯距M22
Max=4926.905
Min=1574.653
«■-I1L/54166-0.5S<454L4141.124124<15；
-2G9L
-5.1
3B.
拥.
OS
0.8
平面弯距M12
Max=916.633
Min=905.013
平面内正应力
S11max=33704S22max=-36885平面内剪应力
S12max=8879
2.33®54
如上所示，由于模型中存在单元间应力集中，使得少数局部区域应力过大，造成模型结果的失
真，这些都可以作为计算误差因素考虑，下图显示的是部分应力集中区域：
颜色变化部分应力绝对值超过15000的区域
侧墙盾构孔处应力分布图:
平面内正应力
S11max=21079
S22max=9894
平面内剪应力
S12max=6719
S13max=2759
S23max=2038
区间隧道衬砌
VnH>490佃］Jhll-21B.14llTfl07|
内力弯距极值
F11max=4318.276
F22max=2648.720
F12max=2422.986
M11max=738.402
M22max=334.535
M12max=225.357
平面内正应力
S11max=21079
S22max=9894
平面内剪应力
S12max=6719
S13max=2759
S23max=2038
五、结构分析评价:
通过对盾构井区段进行的三维分析，看岀：
1区间隧道主要受压，弯距较小，设计尺寸可以满足要求
2井壁由于受侧土压力大，承受弯距较大，应考虑增设圈梁、增加原有圈梁尺寸
3内衬与内衬相交处应力集中现象突出，应考虑在转角处加强。
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