軟土盾構隧道縱向沉降研究.pdf

1、大量建設和運營的軟土盾構隧道表明，隧道縱向沉降與不均勻沉降越來越明顯，由此引發(fā)的對隧道結(jié)構、接頭防水、隧道正常運營產(chǎn)生的影響愈為嚴重。論文以此為背景，針對隧道縱向沉降性態(tài)開展了試驗、解析及數(shù)值模擬等工作。主要研究內(nèi)容及取得的成果如下： 以上海地鐵盾構隧道為原型，模擬通縫、錯縫、部分均質(zhì)(環(huán)內(nèi)均質(zhì)環(huán)間以縱向接頭連接)、完全均質(zhì)等四種隧道形式，進行了隧道橫、縱向集中加載下的相似結(jié)構模型試驗，得到了上海地鐵盾構隧道橫、縱向剛度有效率。

2、 進行了系統(tǒng)的盾構隧道縱向均布加載的室內(nèi)模型試驗，模型隧道具有通縫、錯縫、部分均質(zhì)、完全均質(zhì)等四種形式，試驗中模擬了隧道下臥土層性質(zhì)不均勻，地表有均布、局部荷載以及局部荷載作用位置變化等多種復雜的情況，通過量測隧道縱向沉降與隧道周圍土壓力，分析了各隧道的縱向沉降性態(tài)。 在上述模型試驗的基礎上，結(jié)合已有研究成果，認為在隧道縱向等效時必須考慮環(huán)縫的影響范圍，由此提出了廣義的盾構隧道縱向等效連續(xù)化模型，將由環(huán)、縱向接頭拼裝而成

3、的隧道考慮為縱向的均質(zhì)梁。 將雙參數(shù)彈性地基梁模型引入盾構隧道縱向結(jié)構性能、沉降性態(tài)的分析中。在Mindlin解的基礎上，結(jié)合外加荷載條件擬合了地基中應力的傳遞函數(shù)，進而積分得到雙參數(shù)地基模型(Vlasov模型)中的位移傳遞函數(shù)，再得到雙參數(shù)模型中的壓縮系數(shù)與剪切系數(shù)。而后，通過雙參數(shù)彈性地基梁模型建立了土—隧道結(jié)構共同作用的計算模型，該模型全面、完整地從力學角度考慮了包括梁外地基剪切影響在內(nèi)的地基的壓縮與剪切作用，并且考慮了外

4、加荷載情況，彌補了以往模型的不足。 利用Mindlin基本解，推導了能考慮荷載與隧道軸線在水平面上成任意角度情況下，地基內(nèi)矩形局部荷載引起隧道結(jié)構處的附加應力分布公式，并運用雙參數(shù)彈性地基梁理論推導了由此引起的隧道縱向沉降與內(nèi)力的計算公式。 以上海地鐵盾構區(qū)間隧道為例，通過三維有限元軟件(MARC)以及雙參數(shù)解析分析模型，結(jié)合試驗結(jié)果，進行了三者的對比分析。此外，以上海東方路下立交工程為背景，通過現(xiàn)場實測、理論分析、三維

5、有限元數(shù)值模擬分析比較了地鐵上部基坑開挖使隧道上、下行線產(chǎn)生的縱向隆起，研究表明各結(jié)果基本吻合，試驗與解析分析結(jié)果得到了充分驗證。 通過已建立的盾構隧道縱向等效模型、地基內(nèi)矩形局部荷載引起隧道結(jié)構的附加應力分布公式、雙參數(shù)彈性地基梁模型，系統(tǒng)研究了盾構隧道在下臥土軟硬不一致、隧道剛度變化、隧道上方局部荷載變化等典型情況下的縱向沉降性態(tài)，分析了這些因素對隧道縱向沉降、彎矩等的影響，得到了具有指導意義的規(guī)律和結(jié)論，以期對盾構隧道設計