南京长江隧道衬砌内力计算模型对比：匀质圆环与梁-弹簧模型详析

本文主要探讨了盾构隧道衬砌内力计算模型在实际工程中的应用，特别是针对正在进行的南京长江隧道工程。作者姜增国和李永明，以及江胜林，分别来自武汉理工大学土木工程与建筑学院和铁道第四勘察设计院，他们深入研究了两种常见的内力计算模型：匀质圆环模型和梁-弹簧模型。 匀质圆环模型是一种简化假设，它忽略了管片接头的弯曲刚度损失，假定每个管片环的刚度与管片主体截面相同，且环的弯曲刚度均匀分布。Winker理论被用来模拟地层反作用，认为地层压力在水平方向上呈正负45度角均匀分布。此模型适用于土层紧密且土壤水平抗力较强的工况，衬砌环的弯矩相对较小。 然而，随着密闭式盾构技术的发展，尤其是在含水软弱地层施工时，土壤的水平抗力减弱，管片接头的刚度不再等同于管片。因此，文中引入了一个有效参数η（0<η≤1），用于量化接头对衬砌刚度的影响。这导致了梁-弹簧模型的引入，该模型更精确地考虑了接头对结构动态响应的影响，将衬砌视为由一系列相互作用的梁和弹簧组成的系统。 作者利用ANSYS非线性有限元程序对南京长江隧道的钢筋混凝土衬砌进行了内力分析，包括上部和周围土体荷载以及水压力下的受力情况，对比了两种模型的计算结果。通过这种方法，他们得出了有价值的结论，即在特定条件下，梁-弹簧模型可能提供更为准确的内力预测，特别是在地层条件复杂或接头刚度显著降低的情况下。 总结来说，本文通过对实际工程案例的分析，展示了在盾构隧道衬砌设计中，不同内力计算模型的适用性和局限性，强调了在复杂地质条件下选择合适模型的重要性。这对于提高隧道施工的安全性和经济性具有重要意义。