本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法。
背景技术：
近年来，随着铁路和公路路网建设的发展，高标准铁路和公路隧道建设已经全面展开。由于地形地质条件复杂、设计和使用要求高等多种因素的制约，因此对盾构隧道的安全性提出了更高的要求。
目前，在采用盾构法修建隧道的过程中，主要通过预制钢筋混凝土管片拼装成装配式管片来构筑圆形衬砌环。其中管片与管片之间主要依靠横、纵向螺栓进行连接。管片的接缝一直是盾构隧道设计和建设的重点，关乎着盾构隧道安全与否。管片接缝处较之整体现浇混凝土结构的刚度更小，且由于管片间接缝通过止水橡胶密封，因此接缝张开过大时，会导致渗漏涌水、土砂流入、螺栓锈蚀、混凝土材料劣化、结构整体稳定性下降等一系列不良问题，威胁到盾构隧道的安全与稳定。目前针对盾构隧道安全评价的方法主要包括模型试验和数值模拟两种，尚无考虑接缝张开量这一重要指标来判断盾构隧道安全性的可靠方法。
表1-1承压型高强度螺栓连接的强度设计值(n/mm2)
技术实现要素：
本发明旨在提供一种基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，是根据接缝张开量计算并判断接缝张开最大处的螺栓拉应力是否超过限值，以确保盾构隧道的安全与稳定，接头螺栓应力与接缝张开量的关系由式(1)确定：
式中：σb为接头螺栓应力，x为压缩外边缘到中和轴的距离，d为抗拉构件的有效高度，ab为螺栓的有效面积，m为接头处弯矩。
优选的，压缩外边缘到中和轴的距离x由式(2)确定：
式中，n为弹性模量比；b为管片宽度。
优选的，接头处弯矩m由式(3)确定：
式中，kj为接头处的抗拉弹簧系数，ec为混凝土的弹性模量，δ为接缝张开量，h为管片高度。
优选的，所述式(1)基于下述条件：
a、截面假定：设管片受力变形前后保持为平面，且管片受压区满足平截面假定；
b、小变形假定：管片结构在荷载作用下接头处产生的变形与转动远小于构件的几何尺寸；
c、材料均匀性假定：假设管片结构为各向同性材料，构件各点的力学性质相同；
d、假定管片接头的转动弹簧系数变化极小，忽略不计；
e、管片结构接头处存在抗拉构件，且中性轴位于螺栓与受压边缘之间；
f、混凝土对压缩区转角的影响深度为2倍的管片受压边缘到中和轴距离的2倍。
本发明的有益效果如下：
1.本发明根据测量管片接缝的最大张开量，本领域的技术人员可以通过计算判断出接头处螺栓的应力状况，并由此快速进行隧道结构的安全评价，提供了盾构隧道结构安全评价的新途径。
2.本发明可以精准地判断盾构隧道结构是否处于安全状态，提高安全评价的效率，确保盾构隧道结构在施工和运营期间的安全。相较其他安全评价方法，本发明兼具简便、经济和快速的优点，且计算方法可靠，操作简单，易于推广。
附图说明
图1为管片接头参数示意图。
图2为接头处的变形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明公开的基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，是根据接缝张开量计算并判断接缝张开最大处的螺栓拉应力是否超过限值，以确保盾构隧道的安全与稳定，接头螺栓应力与接缝张开量的关系由式(1)确定：
式中：σb为接头螺栓应力，x为压缩外边缘到中和轴的距离，d为抗拉构件的有效高度，ab为螺栓的有效面积，m为接头处弯矩。
具体的，压缩外边缘到中和轴的距离x由式(2)确定：
式中，n为弹性模量比；b为管片宽度。
具体的，接头处弯矩m由式(3)确定：
式中，kj为接头处的抗拉弹簧系数，ec为混凝土的弹性模量，δ为接缝张开量，h为管片高度。
本发明基于下述假定条件：
a、截面假定：设管片受力变形前后保持为平面，且管片受压区满足平截面假定；
b、小变形假定：管片结构在荷载作用下接头处产生的变形与转动远小于构件的几何尺寸；
c、材料均匀性假定：假设管片结构为各向同性材料，构件各点的力学性质相同；
d、假定管片接头的转动弹簧系数变化极小，忽略不计；
e、管片结构接头处存在抗拉构件，且中性轴位于螺栓与受压边缘之间；
f、混凝土对压缩区转角的影响深度为2倍的管片受压边缘到中和轴距离的2倍。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
1.一种基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，其特征在于，根据接缝张开量计算并判断接缝张开最大处的螺栓拉应力是否超过限值，以确保盾构隧道的安全与稳定，接头螺栓应力与接缝张开量的关系由式(1)确定：
式中：σb为接头螺栓应力，x为压缩外边缘到中和轴的距离，d为抗拉构件的有效高度，ab为螺栓的有效面积，m为接头处弯矩。
2.根据权利要求1所述的基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，其特征在于，压缩外边缘到中和轴的距离x由式(2)确定：
式中，n为弹性模量比；b为管片宽度。
3.根据权利要求1或2所述的基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，其特征在于：接头处弯矩m由式(3)确定：
式中，kj为接头处的抗拉弹簧系数，ec为混凝土的弹性模量，δ为接缝张开量，h为管片高度。
4.根据权利要求3所述的基于盾构隧道管片接缝张开量的安全评价方法，其特征在于：所述式(1)基于下述条件：
a、截面假定：设管片受力变形前后保持为平面，且管片受压区满足平截面假定；
b、小变形假定：管片结构在荷载作用下接头处产生的变形与转动远小于构件的几何尺寸；
c、材料均匀性假定：假设管片结构为各向同性材料，构件各点的力学性质相同；
d、假定管片接头的转动弹簧系数变化极小，忽略不计；
e、管片结构接头处存在抗拉构件，且中性轴位于螺栓与受压边缘之间；
f、混凝土对压缩区转角的影响深度为2倍的管片受压边缘到中和轴距离的2倍。
技术总结