水下盾構(gòu)法隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性.pdf

1、大型水下鐵路盾構(gòu)隧道正朝著超長、大斷面以及高水壓的方向發(fā)展，為滿足襯砌結(jié)構(gòu)耐久性、列車運行振動及防撞擊、阻燃等相關(guān)安全保障的要求，目前國內(nèi)盾構(gòu)隧道已經(jīng)開始嘗試使用管片+模筑混凝土的襯砌型式。然而長期以來對于盾構(gòu)隧道二次襯砌的受力性態(tài)不甚明確，其作用在認識上也存在偏差和爭議，至今尚未形成統(tǒng)一的盾構(gòu)隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)計算理論。
　　論文以廣深港客運專線獅子洋隧道為工程背景，結(jié)合國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)課題“復(fù)雜環(huán)境作用下地

2、下結(jié)構(gòu)的長期安全性及其預(yù)測方法”和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金優(yōu)秀學(xué)生資助項目“盾構(gòu)隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計理論研究”開展研究。主要采用理論分析、相似模型試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等研究手段，建立雙層襯砌橫、縱向結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，旨在揭示大型水下盾構(gòu)隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)在橫、縱方向的力學(xué)特性，探明管片與二次襯砌之間的相互作用機理，取得主要成果如下：
　　1、分析了盾構(gòu)隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)間的相互作用關(guān)系，提出了雙層襯砌結(jié)構(gòu)的橫向力學(xué)模型，推導(dǎo)了結(jié)

3、合面壓縮剛度及剪切面滑移變形的理論解析解；建立了非線性三維有限元力學(xué)模型，對雙層襯砌結(jié)合面剛度、不同內(nèi)襯厚度及二襯合理施作時機進行全面比較研究。針對管片襯砌結(jié)構(gòu)型式的特點，從接縫防水及結(jié)構(gòu)受壓承載能力兩方面分析了管片襯砌的高水壓分界值，并得到了不同水位漲幅和管片滲漏水情況下的雙層襯砌橫向結(jié)構(gòu)特性。
　　2、采用對水、土壓力可實現(xiàn)分離加載的盾構(gòu)隧道-地層-水壓復(fù)合體模擬試驗系統(tǒng)，實施了不同水、土壓力場條件下雙層襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的模型

4、試驗，分析了設(shè)計荷載及超載條件下二襯施作前后管片襯砌受力特性及變化規(guī)律；探討了不同結(jié)合面情況下雙層襯砌的相互作用機理；揭示了注漿缺陷或圍巖弱化等因素對雙層襯砌力學(xué)特性的影響規(guī)律；探明了超載條件下雙層襯砌的破壞形態(tài)。
　　3、針對管片襯砌橫向性能和雙層襯砌縱向連接性能的特性，建立了三維殼-彈簧縱向力學(xué)模型，豐富和發(fā)展了既有盾構(gòu)隧道縱向力學(xué)模型。通過計算分析，探明了不同二襯厚度條件下雙層襯砌縱向等效剛度的影響規(guī)律。采用縱向反應(yīng)位移法對

5、盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)及雙層襯砌縱向抗震力學(xué)特性進行了比較分析。
　　4、開展了水下盾構(gòu)隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)縱向力學(xué)特性及相互作用機理的相似模型試驗，探明了不同地層條件、局部加、卸載等因素對盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)及雙層襯砌結(jié)構(gòu)縱向力學(xué)特性的影響規(guī)律。
　　5、以獅子洋盾構(gòu)隧道雙層襯砌段為對象開展了現(xiàn)場試驗研究，通過對測試數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，探明了盾構(gòu)機掘進過程中同步注漿與千斤頂推力對管片襯砌結(jié)構(gòu)的影響，揭示了管片襯砌結(jié)構(gòu)所受水、土壓力、