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(zhǎng)、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(yùn)行振動(dòng)及防撞擊、阻燃等相關(guān)安全保障的要求，目前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道已經(jīng)開(kāi)始嘗試使用管片+模筑混凝土的襯砌型式。然而長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)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(rèn)識(shí)上也存在偏差和爭(zhēng)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(jì)算理論。
　　論文以廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道為工程背景，結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)課題“復(fù)雜環(huán)境作用下地

2、下結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全性及其預(yù)測(cè)方法”和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金優(yōu)秀學(xué)生資助項(xiàng)目“盾構(gòu)隧道雙層襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究”開(kāi)展研究。主要采用理論分析、相似模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(jī)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(duì)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(shí)機(jī)進(jìn)行全面比較研究。針對(duì)管片襯砌結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)，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(duì)水、土壓力可實(shí)現(xiàn)分離加載的盾構(gòu)隧道-地層-水壓復(fù)合體模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)施了不同水、土壓力場(chǎng)條件下雙層襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的模型

4、試驗(yàn)，分析了設(shè)計(jì)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(jī)理；揭示了注漿缺陷或圍巖弱化等因素對(duì)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(duì)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(guò)計(jì)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(duì)

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(jìn)行了比較分析。
　　4、開(kāi)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(jī)理的相似模型試驗(yàn)，探明了不同地層條件、局部加、卸載等因素對(duì)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(duì)象開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，探明了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中同步注漿與千斤頂推力對(duì)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、