Page 70 - 2023年第54卷第1期

裂，倘若通过特定的工程措施（如钢衬界面涂装使 μ １ ≤０．２）避免底部 １２０°自密实混凝土（排水板铺设范
３
围之外）开裂，则当 ｄ?Ｅ ＝ ５ｍｍ ?Ｎ时，管片应力即满足抗裂设计要求。
５．３ ｄ?Ｅ取值范围优化 针对本文论述的分离式衬砌，虽然相关学者已经提出了内外衬分别承担内水
压和外部水土压力的设计理念，但如何界定衬砌结构是否达成内外衬分开受力目前仍没有明确标准。
本文以衬砌结构安全为前提，将钢衬膜应力最大值和管片环向应力最大值（除 ＢＣ位置）随 ｄ?Ｅ的变化
曲线绘于图 １６（ａ）。首先考虑钢衬容许应力的要求，由图 １６（ａ）可知要使钢衬最大 Ｍｉｓｅｓ应力小于容许
３
］，则 ｄ?Ｅ不得超过 ４５．１ｍｍ ?Ｎ；其次考虑管片抗裂设计，要使管片除 ＢＣ位置以外的环向应
应力［ σ ｓｌ
３
］，则 ｄ?Ｅ须大于 ６．５ｍｍ ?Ｎ。
力最大值小于容许应力［ σ ｔ
在满足衬砌结构安全的基础上，参考针对明管状态埋藏式钢岔管的相关规定 ［４３］ ，认为分离式衬砌
的钢内衬承载比须大于 ７０％，取排水板铺设范围内 ２４０°截面钢衬承载比的平均值作为钢衬在有摩擦条
３
件下的等效承载比，如图 １６（ｂ）所示，则 ｄ?Ｅ取值应大于 １２．４ｍｍ ?Ｎ。综上所述，要实现分离式衬砌
内外衬分别承担内水压和外部水土压力的设计理念，综合考虑钢衬容许应力和管片抗裂设计，ｄ?Ｅ取
３
值宜控制在 １２．４～４５．１ｍｍ ?Ｎ。

图 １６ ｄ?Ｅ影响分析

６ 结论

本文基于某穿越城区 ＴＢＭ施工输水隧洞工程，针对铺设复合排水板的新型分离式衬砌，采用混
凝土塑性损伤模型考虑自密实混凝土的开裂软化特性，在钢衬和自密实混凝土之间、自密实混凝土?排
水板和管片之间引入面－ 面接触单元，研究衬砌结构的变形、应力分布和承载比等特征，并提出了降
，调整排水板 ｄ?Ｅ值等措
低钢衬－ 自密实混凝土界面摩擦系数 μ １ 、自密实混凝土－ 管片界面摩擦系数 μ ２
３
施对分离式衬砌承载性能进行优化，主要的结论如下：（１）本工程分离式衬砌（ｄ?Ｅ ＝ ２．５ｍｍ ?Ｎ，μ １ ＝
＝ ０．８）排水板铺设范围内钢衬和自密实混凝土径向变形一致且明显大于管片，排水板铺设范围外则
μ ２
三者保持径向同步变形；排水板铺设范围外的自密实混凝土开裂对管片抗裂不利；钢衬应力分布不均
匀且承载比较低，内水压主要由围岩承担，分离式衬砌内外衬分别承担内水压力和外部水土压力的设
均能降低钢衬应力峰值，增加钢衬应力分布的均匀性，有利于钢衬
计思路没有实现。（ ２）减小 μ １ 、μ ２
更显著；减小 μ １ μ １ ≤０．２）可以避免排水板铺设范围外的自密实混凝
（
材料性能发挥，且 μ １ 的影响比 μ ２
可以减少排水板铺设范围外管片内表面所受切应力，从而可以使管片满足抗裂设计要
土开裂，减小 μ ２
求（ μ ２ ≤０．２）。（３）钢衬承载比随排水板的 ｄ?Ｅ值增加而明显增大，因此本文提出调整排水板 ｄ?Ｅ的措
３
施，同时考虑钢衬容许应力和管片抗裂设计，控制 ｄ?Ｅ在 １２．４～４５．１ｍｍ ?Ｎ范围内，以使分离式衬砌
钢内衬主要承担内水压（钢衬承载比大于 ７０％）的设计理念得以实现，并保证钢衬应力在允许应力限制
范围内；仅调节 ｄ?Ｅ值难以使排水板铺设范围外的管片应力小于抗裂限值，工程设计时，管片抗裂应
兼顾排水板 ｄ?Ｅ和摩擦系数。

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