大斷面類矩形盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)橫向剛度有效率

張子新, 朱葉艇,, 朱雁飛, 黃 昕

(1. 同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 上海 200092； 2. 上海隧道工程有限公司， 上海 200233)

慣用法[1]于1960年被提出，在其基礎(chǔ)上建立的考慮接頭對(duì)于結(jié)構(gòu)整體剛度弱化作用的修正慣用法作為盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)最常用的設(shè)計(jì)方法之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各類盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)當(dāng)中.修正慣用法將實(shí)體管片剛度值乘以橫向剛度有效率來(lái)考慮因接頭存在對(duì)管片整體剛度的降低，并假設(shè)管片是彎曲剛度均勻的圓環(huán)，其所受荷載均為均布荷載.現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外針對(duì)盾構(gòu)管片橫向剛度有效率的研究幾乎都基于圓形隧道展開(kāi)，采用的方法主要有理論解析[2]、數(shù)值模擬[3]和模型試驗(yàn)[4]等.圓形隧道橫向剛度有效率由于受斷面尺寸、分塊數(shù)量、錯(cuò)縫轉(zhuǎn)角、螺栓強(qiáng)度和設(shè)計(jì)地層條件等多因素的影響，所得研究結(jié)果也不盡相同.

Wood[5]基于等分塊圓形盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)提出管片彎曲等效剛度計(jì)算公式，并提出當(dāng)管片環(huán)向接頭數(shù)量在小于等于4個(gè)時(shí)襯砌結(jié)構(gòu)整體剛度受接頭影響很小.Lee等[6]研究發(fā)現(xiàn)隧道襯砌剛度受多種因素影響，并基于結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算方法推導(dǎo)了橫向剛度有效率與接頭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度之間的解析關(guān)系.日本盾構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[1]在多個(gè)圓形管片力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出了橫向剛度有效率建議值范圍為0.6～0.8.Teachavorasinskun等[7]通過(guò)三維有限元數(shù)值模擬給出了橫向剛度折減系數(shù)關(guān)于接頭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和管片分塊數(shù)的函數(shù)關(guān)系.封坤等[8]通過(guò)原型加載試驗(yàn)，提出了大斷面水下盾構(gòu)隧道橫向抗彎剛度有效率的原型試驗(yàn)求解方法，得出管片結(jié)構(gòu)橫向剛度有效率和彎矩傳遞系數(shù)隨荷載條件變化的規(guī)律.李曉軍等[9]以上海沿江通道越江隧道工程為背景，研究大直徑圓形盾構(gòu)隧道橫向等效剛度隨埋深、地基剛度和拼裝方式的變化規(guī)律.

類矩形盾構(gòu)是滿足雙車(chē)道下立交及地鐵車(chē)站等功能的市政通用型隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力分布和形變特征較矩形和圓形隧道更為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外暫無(wú)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，并缺乏類矩形盾構(gòu)設(shè)計(jì)的可借鑒案例.本文基于站立式類矩形盾構(gòu)管片原型加載試驗(yàn)，研究自重狀態(tài)、設(shè)計(jì)狀態(tài)和極限破壞狀態(tài)下類矩形盾構(gòu)管片橫向剛度有效率范圍、變化規(guī)律以及對(duì)側(cè)壓力系數(shù)的敏感性，并基于三維殼-彈簧模型對(duì)類矩形盾構(gòu)和圓形盾構(gòu)橫向剛度有效率進(jìn)行對(duì)比分析，證明了結(jié)構(gòu)自重在反映類矩形盾構(gòu)管片整體結(jié)構(gòu)剛度上的重要影響，為類矩形管片的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)以及盾構(gòu)施工提供參考.

1 管片設(shè)計(jì)

如圖 1所示，類矩形盾構(gòu)管片基于上海④號(hào)淤泥質(zhì)黏土地層運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)埋深10 m，地下水位-0.5 m，土體重度18.0 kN·m-3，運(yùn)營(yíng)階段靜止側(cè)壓力系數(shù)0.6，施工階段靜止側(cè)壓力系數(shù)0.7，基床系數(shù)6 000 kN·m-3，地面超載20 kPa.管片實(shí)際中心尺寸為10.2 m×7.7 m，幅寬1.2 m，厚0.5 m，采用CF50鋼纖維混凝土澆筑而成.共6分塊：1塊封頂塊(F)、2塊鄰接塊(L1和L2)和3塊標(biāo)準(zhǔn)塊(B1、B2和B3).采用錯(cuò)縫拼裝方式，塊之間采用4根M30直螺栓連接，環(huán)之間采用26根M33彎螺栓連接.

圖1 類矩形盾構(gòu)隧道管片布置圖(單位：mm)

2 類矩形盾構(gòu)管片原型加載試驗(yàn)

2.1 原型加載試驗(yàn)方法

大斷面類矩形盾構(gòu)管片原型加載試驗(yàn)將三環(huán)管片(2個(gè)半環(huán)和1個(gè)整環(huán))錯(cuò)縫拼裝后站立式放置于鋼結(jié)構(gòu)加載框架內(nèi)(見(jiàn)圖 2).管片底部鋪設(shè)8組顆粒型彈性橡膠支座，該支座可模擬土體與結(jié)構(gòu)之間相互作用機(jī)理.管片水土荷載通過(guò)22個(gè)軸對(duì)稱并環(huán)向分布于管片外弧面的千斤頂加載點(diǎn)進(jìn)行徑向施荷，每個(gè)加載點(diǎn)含4個(gè)千斤頂(整環(huán)2個(gè)、半環(huán)各1個(gè)).30組縱向夾緊裝置(2塊夾板、4根拉桿)環(huán)向均勻分布于管片端面，以模擬管片縱向荷載并確保管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，每組夾緊裝置夾緊力為150 t.

圖2 鋼結(jié)構(gòu)加載框架

2.2 管片形變測(cè)試和數(shù)據(jù)處理方法

本次試驗(yàn)首次在大型盾構(gòu)管片力學(xué)加載試驗(yàn)領(lǐng)域引入三維激光掃描設(shè)備(徠卡P40，見(jiàn)圖 3).該設(shè)備可從左至右、從上到下對(duì)管片結(jié)構(gòu)內(nèi)弧面進(jìn)行完整的三維坐標(biāo)距測(cè)量，依次獲得全面連續(xù)的全景坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，最終形成點(diǎn)云，降噪處理后的管片內(nèi)弧面三維點(diǎn)云如圖 4所示.

對(duì)經(jīng)過(guò)斷面選取并優(yōu)化后的散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合后，可得到連續(xù)光滑的管片變形值曲線，例如自重狀態(tài)下管片結(jié)構(gòu)形變最終結(jié)果如圖 5所示.

a 徠卡P40激光掃描儀b 靶點(diǎn)

圖3三維激光掃描儀

Fig.33Dlaserscanner

圖4 管片內(nèi)弧面三維點(diǎn)云視圖

圖5 自重狀態(tài)下管片形變圖(單位：mm)

從圖 5中可以看出，類矩形盾構(gòu)管片形變呈豎向閉合、水平向張開(kāi)的“橫鴨蛋”特征.本文將管片結(jié)構(gòu)在豎直對(duì)稱軸和水平對(duì)稱軸上的相對(duì)位移量分別命名為豎向閉合量和水平張開(kāi)量.與圓形隧道不同，類矩形盾構(gòu)管片豎向閉合量和水平向張開(kāi)量值都較大，且后續(xù)形變?cè)鲩L(zhǎng)方向同時(shí)發(fā)生在豎向和水平向.故本文同時(shí)將豎向變形和水平向變形作為衡量指標(biāo)，從兩個(gè)方向上綜合考慮類矩形盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)的橫向剛度有效率，并定義豎直方向的橫向剛度有效率為η1，水平方向的橫向剛度有效率為η2.

根據(jù)Lee等[6]基于橫向變形等效原則提出的反映圓形隧道橫向剛度折減的評(píng)價(jià)方法，本文通過(guò)均質(zhì)梁模型的數(shù)值計(jì)算方法和參數(shù)敏感性分析，使計(jì)算得到的襯砌結(jié)構(gòu)在豎向和水平向的直徑變化量與原型試驗(yàn)結(jié)果一致，計(jì)算獲得的管片等效剛度與混凝土管片剛度的比值分別為類矩形盾構(gòu)隧道橫向剛度有效率η1和η2.

3 結(jié)果分析

3.1 自重狀態(tài)

如圖 5所示，自重狀態(tài)下，類矩形盾構(gòu)管片豎向閉合量為9.161 mm，對(duì)應(yīng)橫向剛度有效率η1為0.50；水平張開(kāi)量為9.108 mm，對(duì)應(yīng)橫向剛度有效率η2為0.35.

3.2 設(shè)計(jì)狀態(tài)

所研究類矩形管片的設(shè)計(jì)埋深為10 m，將設(shè)計(jì)地層10 m覆土條件下類矩形盾構(gòu)管片形變示于圖6.可以看出，設(shè)計(jì)狀態(tài)下，類矩形盾構(gòu)管片同樣表現(xiàn)出豎向閉合、水平向張開(kāi)的特征，豎向閉合量為23.80 mm，管片水平張開(kāi)量為22.42 mm.自重狀態(tài)下，類矩形管片豎向閉合量占運(yùn)營(yíng)階段覆土10 m的38.53%，水平張開(kāi)量占運(yùn)營(yíng)階段覆土10 m的40.59%.由此可見(jiàn)，自重影響權(quán)重很大，首個(gè)“站立式”類矩形管片試驗(yàn)獲得了以往水平放置試驗(yàn)無(wú)法獲得的研究成果，具有重要的工程意義.

圖6 設(shè)計(jì)狀態(tài)下管片形變圖(單位：mm)

將設(shè)計(jì)地層條件下類矩形管片形變和橫向剛度有效率隨埋深增加的變化規(guī)律分別示于圖 7和圖 8.

從圖 7可以看出，設(shè)計(jì)地層條件下，類矩形盾構(gòu)管片外荷載隨埋深增加而線性增加，其豎向和水平向形變量都隨隧道埋深增加呈良好的線性增加趨勢(shì)，說(shuō)明管片結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為彈性特征，并處于安全且具有一定承載余量的狀態(tài).

從圖 8可以發(fā)現(xiàn)，類矩形盾構(gòu)管片橫向剛度有效率η1和η2隨埋深增加表現(xiàn)出二次多項(xiàng)式曲線增長(zhǎng)的趨勢(shì).究其原因，管片外荷載隨覆土厚度增加而增加，環(huán)向接頭兩側(cè)管片之間咬合更為緊密，接頭端面混凝土的抗壓和環(huán)向螺栓的抗拉性能逐漸發(fā)揮作用，接頭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度隨之增強(qiáng)，管片結(jié)構(gòu)整體剛度也隨之增強(qiáng).通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，設(shè)計(jì)工況條件下，類矩形管片豎向方向橫向剛度有效率η1分布范圍為0.50～0.90；水平向橫向剛度有效率η2分布范圍為0.21～0.49.

圖7 管片形變量隨埋深增加變化規(guī)律

圖8 橫向剛度有效率隨埋深增加變化規(guī)律

3.3 側(cè)壓力系數(shù)敏感性分析

為進(jìn)一步研究大斷面類矩形盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)橫向剛度有效率對(duì)側(cè)壓力系數(shù)的敏感性，本文將4類埋深(3、5、8、10 m)下類矩形盾構(gòu)管片形變量和橫向剛度有效率隨側(cè)壓力系數(shù)增加的變化規(guī)律分別示于圖 8和圖 9.

如圖 8和圖 9所示，不同埋深條件下，類矩形管片豎向閉合量和水平張開(kāi)量隨側(cè)壓力系數(shù)增加都表現(xiàn)出良好的線性減小趨勢(shì)，而類矩形管片兩個(gè)方向上橫向剛度有效率η1和η2隨側(cè)壓力系數(shù)的增加而線性增加(除3 m埋深對(duì)應(yīng)的η2外).分析其原因，主要是由于管片斷面類矩形，同埋深條件下側(cè)壓力系數(shù)的增加，管片頂板荷載變化不大，但管片兩側(cè)荷載呈近似線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，管片結(jié)構(gòu)的彈性特征使其形變表現(xiàn)為兩方向上線性減小特征.另外，與第3.2節(jié)結(jié)論一致，管片兩側(cè)荷載的增加同樣使得類矩形盾構(gòu)管片在兩個(gè)方向上的結(jié)構(gòu)剛度隨之增強(qiáng).

圖9 形變量隨側(cè)壓力系數(shù)變化規(guī)律

圖10 橫向剛度有效率隨側(cè)壓力系數(shù)變化規(guī)律

3.4 極限破壞狀態(tài)

本次試驗(yàn)將側(cè)壓力系數(shù)設(shè)為0.7，逐級(jí)增加覆土埋深(3.0、4.0、5.0、…、12.0、12.5、13.0、…、18.5 m)，使管片結(jié)構(gòu)達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)(裂縫寬度達(dá)到0.2 mm)，以模擬類矩形盾構(gòu)設(shè)計(jì)地層施工階段極限破壞工況.將極限破壞工況下類矩形管片形變和橫向剛度有效率隨埋深增加的變化規(guī)律分別示于圖 11和圖 12.需要說(shuō)明的是，試驗(yàn)獲得的類矩形盾構(gòu)管片極限埋深為18.5 m[10]，考慮到試驗(yàn)的安全要求，當(dāng)加荷至覆土16 m后將三維激光掃描儀從試驗(yàn)架中撤出，后續(xù)埋深對(duì)應(yīng)形變數(shù)據(jù)未能捕捉完全.

從圖 11和圖 12中可以看出，類矩形管片豎向閉合量和水平向張開(kāi)量以及橫向剛度有效率η1和η2隨埋深增加呈兩階段分線性變化趨勢(shì).第二階段(覆土>14 m范圍)管片結(jié)構(gòu)豎向閉合量和水平張開(kāi)量較第一階段(覆土≤14 m)增長(zhǎng)快，說(shuō)明覆土14 m以后管片結(jié)構(gòu)整體進(jìn)入彈塑性階段，由于后續(xù)埋深捕捉數(shù)據(jù)較少，暫不能斷定管片形變走向，僅用線性增長(zhǎng)趨勢(shì)代之.第一階段，橫向剛度有效率η1和η2隨埋深增加呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，第二階段同樣由于數(shù)據(jù)量小，但隨埋深繼續(xù)增加表現(xiàn)為線性減小趨勢(shì).究其原因，一開(kāi)始，隨覆土厚度增加，管片結(jié)構(gòu)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和管片結(jié)構(gòu)整體性的增強(qiáng)使得管片結(jié)構(gòu)整體剛度隨之增強(qiáng)，但是外荷載超過(guò)一定覆土埋深后，管片接頭部位整體進(jìn)入彈塑性或塑性階段，使得接頭剛度減弱，管片結(jié)構(gòu)整體剛度被削弱.

圖11 極限破壞工況管片形變量隨埋深變化規(guī)律

圖12 極限破壞工況管片橫向剛度有效率隨埋深變化規(guī)律

4 類矩形和圓形盾構(gòu)管片橫向剛度有效率對(duì)比分析

4.1 計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)

為對(duì)比研究類矩形與圓形盾構(gòu)管片橫向剛度有效率變化特征，本文對(duì)類矩形盾構(gòu)管片的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行拓展，選取外徑與類矩形盾構(gòu)管片橫向尺寸相同(外徑為10.7 m)的圓形斷面，如圖 13所示.

前期研究成果[11]已證明殼-彈簧模型可作為研究管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力和形變的推薦模型，故本文運(yùn)用大型有限元軟件Abaqus進(jìn)行殼-彈簧模型模擬分析，采用S4R殼單元模擬彈性管片實(shí)體，Spring 2單元模擬環(huán)向接頭彈簧的軸向拉壓、徑向剪切、軸向剪切和轉(zhuǎn)動(dòng)特性以及縱向接頭彈簧的軸向拉壓、徑向剪切、軸向剪切特性，Elastic Foundation模擬管片底部顆粒型彈性橡膠支座.由于未進(jìn)行類矩形盾構(gòu)管片環(huán)、縱向接縫力學(xué)加載試驗(yàn)，且類矩形盾構(gòu)管片環(huán)、縱向接縫構(gòu)造形式與文獻(xiàn)[11]中青草沙輸水隧道過(guò)江段管片接縫形式較為一致，故除環(huán)向接頭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度源于整環(huán)加載試驗(yàn)[11]以外，其余力學(xué)參數(shù)借鑒文獻(xiàn)[11]所得研究成果，即縱向接縫徑、切向剪切剛度為2.4×105kN·m-1，環(huán)向接縫徑、切向剪切剛度為3.0×105kN·m-1，環(huán)、縱向接縫軸向拉壓剛度為2.0×107kN·m-1.

圖13 兩類隧道橫斷面匯總(單位：m)

除斷面型式不同外，圓形盾構(gòu)管片其余設(shè)計(jì)參數(shù)與類矩形盾構(gòu)管片一致，即：① 管片分塊數(shù)量不變，圓形盾構(gòu)管片分塊和縱向螺栓設(shè)置位置都與類矩形管片徑向形成對(duì)應(yīng)，襯砌環(huán)間錯(cuò)縫拼裝且由26個(gè)縱向螺栓進(jìn)行連接；② 管片厚度均為0.5 m，幅寬1.2 m，采用CF50鋼纖維混凝土澆筑，相同配筋；③ 圓形盾構(gòu)管片采用與類矩形管片相同的環(huán)向和縱向接頭形式，即接頭彈簧模擬參數(shù)均一致，并采用相同參數(shù)的底部邊界條件.最終類矩形和圓形盾構(gòu)管片計(jì)算模型如圖 14所示.

試驗(yàn)狀態(tài)下類矩形盾構(gòu)管片形變量值與殼-彈簧模型計(jì)算值對(duì)比如圖 15所示.可以看出，設(shè)計(jì)埋深范圍內(nèi)，管片結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，試驗(yàn)值與數(shù)值計(jì)算結(jié)果較為接近，且都隨隧道埋深的增加呈近似線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，證明了殼-彈簧模型在預(yù)測(cè)盾構(gòu)管片實(shí)際形變方面具有良好的指導(dǎo)作用.

a 類矩形盾構(gòu)管片

b 圓形盾構(gòu)管片

圖15 形變?cè)囼?yàn)值和殼-彈簧模型對(duì)比

4.2 橫向剛度有效率對(duì)比分析

同等設(shè)計(jì)條件下，圓形盾構(gòu)管片豎向位移U2和水平向的位移U1如圖 16所示.

從圖 16可以看出，圓形盾構(gòu)管片形變特征與類矩形盾構(gòu)管片相反，整體表現(xiàn)為豎向張開(kāi)、水平向閉合的“豎鴨蛋”特征.具體地，豎向形變方面，圓形盾構(gòu)管片上半部分向上位移，中間位移量大于兩側(cè)，管片下半部分向下位移，中間位移量也大于兩側(cè)，管片豎向整體表現(xiàn)為張開(kāi)狀態(tài)；水平向形變方面，圓形管片兩側(cè)向各自內(nèi)側(cè)位移，中間位移量大于兩側(cè)，整體表現(xiàn)為水平向閉合的特征.

將3、5、8、9、10 m共5個(gè)埋深下，類矩形和圓形

a 管片豎向位移

b 管片水平向位移

盾構(gòu)隧道分別考慮管片結(jié)構(gòu)自重和不考慮結(jié)構(gòu)自重共4種情況的形變量值和橫向剛度有效率η1和η2示于表 1(除考慮自重的類矩形管片相關(guān)數(shù)據(jù)源于試驗(yàn)，其余基于殼-彈簧模型計(jì)算獲得).

從表 1可以對(duì)比出以下類矩形和圓形管片在形變和橫向剛度有效率方面的異同點(diǎn)：

(1) 類矩形和圓形盾構(gòu)管片雖然斷面形式差異明顯，但兩者隨覆土埋深增加的形變趨勢(shì)一致，即豎向往隧道內(nèi)和水平向往隧道外收斂.不同的是，圓形管片從“豎鴨蛋”逐漸往真圓形變，橢圓度隨之減小，而類矩形管片繼續(xù)“橫鴨蛋”形變，橢圓度增加，證明了圓形隧道結(jié)構(gòu)具有較優(yōu)的抵抗形變的能力以及應(yīng)用于深覆土的合理性.

(2) 原型整環(huán)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，考慮自重與否對(duì)類矩形和圓形管片形變的影響非常明顯.不同的是，類矩形管片考慮自重時(shí)的結(jié)構(gòu)形變明顯大于不考慮管片結(jié)構(gòu)自重的形變，兩者差距隨覆土埋深增加逐漸減小，證明了站立式類矩形盾構(gòu)管片試驗(yàn)方法的科學(xué)性；相反，圓形管片不考慮自重的結(jié)構(gòu)形變大于考慮自重后的管片形變，兩者的差值隨覆土埋深增加基本保持不變，說(shuō)明傳統(tǒng)淺覆土整環(huán)管片試驗(yàn)不考慮管片自重或者簡(jiǎn)化管片自重的原型試驗(yàn)在反映管片形變方面存在不足之處.

表1 兩類盾構(gòu)隧道不同條件下橫向剛度有效率匯總

(3) 圓形盾構(gòu)橫向剛度有效率η1和η2不論考慮結(jié)構(gòu)自重與否，二者值均接近0.70，且受埋深變化影響極小，說(shuō)明采用修正慣用法進(jìn)行圓形隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用單一橫向剛度有效率值是可行的.與圓形隧道相比，類矩形隧道兩個(gè)橫向剛度有效率之間差異較大，兩者隨埋深變化分布范圍也較廣，說(shuō)明采用單一橫向有效率進(jìn)行類矩形盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)剛度評(píng)價(jià)和斷面設(shè)計(jì)顯然不夠合理，須同時(shí)兼顧兩方向上的橫向剛度有效率.另外，考慮管片自重與否對(duì)類矩形隧道橫向剛度有效率的影響非常明顯，且類矩形盾構(gòu)管片不考慮結(jié)構(gòu)自重時(shí)兩橫向剛度有效率隨埋深增加呈減小趨勢(shì)，與考慮自重時(shí)的趨勢(shì)相反，進(jìn)一步證明了結(jié)構(gòu)自重在反映類矩形盾構(gòu)管片整體剛度上的重要性.

5 結(jié)論

本文基于大斷面類矩形盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)原型加載試驗(yàn)和殼-彈簧模型數(shù)值計(jì)算，對(duì)類矩形盾構(gòu)橫向剛度有效率進(jìn)行研究，主要結(jié)論為：

(1) 類矩形盾構(gòu)管片自重狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀態(tài)下都表現(xiàn)為豎向閉合、水平向張開(kāi)的形變特征，且豎向閉合量和水平向張開(kāi)量值接近.自重狀態(tài)下類矩形管片豎向閉合量和水平向張開(kāi)量占設(shè)計(jì)埋深狀態(tài)的比例較大，證明淺埋類矩形盾構(gòu)隧道需充分考慮自重的影響.

(2) 自重狀態(tài)下，類矩形盾構(gòu)管片豎直方向的橫向剛度有效率η1為0.50，水平方向的橫向剛度有效率η2為0.35.

(3) 設(shè)計(jì)埋深范圍內(nèi)，管片結(jié)構(gòu)外荷載隨覆土厚度增加而增加，環(huán)向接頭兩側(cè)管片之間咬合更為緊密，接頭端面混凝土的抗壓和環(huán)向螺栓的抗拉性能逐漸發(fā)揮作用，使得接頭轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和管片結(jié)構(gòu)整體剛度隨之增強(qiáng).管片結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為彈性特征，豎向和水平向形變量隨隧道埋深增加呈良好的線性增加趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)兩方向上的橫向剛度有效率隨埋深增加表現(xiàn)出二次多項(xiàng)式曲線增長(zhǎng)的趨勢(shì).

(4) 不同埋深條件下，隨側(cè)壓力系數(shù)的增加，類矩形管片豎向閉合量和橫向張開(kāi)量都表現(xiàn)出良好的線性減小趨勢(shì)，兩方向上橫向剛度有效率隨著側(cè)壓力系數(shù)的增加而線性增加.

(5) 極限破壞工況條件下，類矩形管片豎向閉合量和橫向張開(kāi)量以及兩方向上橫向剛度有效率都隨埋深增加呈兩階段分線性變化趨勢(shì).

(6) 基于殼-彈簧詳細(xì)對(duì)比了類矩形和圓形管片形變和橫向剛度有效率的異同點(diǎn)，證明了結(jié)構(gòu)自重在反映類矩形盾構(gòu)管片整體結(jié)構(gòu)剛度上的重要性.

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