盾構(gòu)隧道三維數(shù)值分析方法與襯砌力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和“十三五”期間城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市公共交通的大規(guī)模建設(shè)成為必然，在建設(shè)地鐵隧道時(shí)，盾構(gòu)施工法由于其受施工場(chǎng)地和道路交通限制少，對(duì)地面生產(chǎn)活動(dòng)影響小的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的成為修建城市地鐵隧道的首選工法。盾構(gòu)隧道裝配式襯砌設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題在于計(jì)算模型本身是否能夠真實(shí)反映襯砌的實(shí)際受力狀態(tài)，目前用于盾構(gòu)隧道裝配式襯砌的橫向設(shè)計(jì)計(jì)算方法有慣用法、修正慣用法、多鉸圓環(huán)法、梁-彈簧模型和梁-接頭模型五種;縱向設(shè)計(jì)計(jì)算方法主要有縱向梁

2、-彈簧模型、縱向等效連續(xù)化剛度折減模型兩種。上述模型都將盾構(gòu)隧道裝配式襯砌沿橫向和縱向簡(jiǎn)化為梁結(jié)構(gòu)，并且將盾構(gòu)隧道的橫向力學(xué)性能和縱向力學(xué)性能區(qū)分開(kāi)來(lái)進(jìn)行研究分析。然而，盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)形式非常復(fù)雜，縱向和橫向的結(jié)構(gòu)性能密不可分，現(xiàn)有的將盾構(gòu)隧道橫縱向簡(jiǎn)化為梁的方法很多情況下無(wú)法準(zhǔn)確反映襯砌整體的力學(xué)性能，與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)盾構(gòu)隧道接頭進(jìn)行三維有限元建模，在模型幾何參數(shù)上更加接近實(shí)際設(shè)計(jì)施工情況的同時(shí)

3、，對(duì)接頭處彈性密封襯墊的力學(xué)性能和防水效應(yīng)進(jìn)行深入研究，并將襯墊的力學(xué)性能以本構(gòu)模型的方式應(yīng)用到接頭三維有限元模型計(jì)算中，得到盾構(gòu)管片的抗彎剛度，為殼-彈簧盾構(gòu)隧道襯砌模型的接頭抗彎剛度提供參數(shù)。⑵建立殼-彈簧盾構(gòu)襯砌模型，以殼單元模擬混凝土管片，以彈簧單元模擬接頭，對(duì)殼-彈簧模型承受不同軸力的接頭進(jìn)行復(fù)雜非線性抗彎剛度的自動(dòng)化迭代計(jì)算，得到不同拼裝方式下襯砌環(huán)的彎矩和軸力及其分布規(guī)律。⑶建立實(shí)體單元-彈簧模型，以實(shí)體單元模擬混凝土管片

4、，以接觸單元實(shí)現(xiàn)管片間接觸作用，以不同方向的彈簧單元模擬螺栓，三者通過(guò)組合成構(gòu)件的形式模擬接頭的抗彎、抗拉壓和抗剪非線性效應(yīng)。研究了通縫、錯(cuò)縫拼裝工況下襯砌彎矩和軸力分布的規(guī)律，并且將實(shí)體-彈簧模型，殼-彈簧模型的計(jì)算結(jié)果與慣用法和多鉸圓環(huán)法進(jìn)行對(duì)比分析。⑷依托國(guó)內(nèi)某新建地鐵盾構(gòu)隧道下穿既有運(yùn)營(yíng)地鐵隧道實(shí)際工程，對(duì)施工進(jìn)行全過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真數(shù)值模擬。采用溫度應(yīng)變比擬的方式，模擬了新建隧道同步注漿漿液在凝固過(guò)程中的體積縮減效應(yīng)，并通過(guò)將實(shí)體