盾構隧道三維數(shù)值分析方法與襯砌力學特性研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和“十三五”期間城鎮(zhèn)化進程的加快，城市公共交通的大規(guī)模建設成為必然，在建設地鐵隧道時，盾構施工法由于其受施工場地和道路交通限制少，對地面生產(chǎn)活動影響小的優(yōu)點，越來越多的成為修建城市地鐵隧道的首選工法。盾構隧道裝配式襯砌設計的關鍵問題在于計算模型本身是否能夠真實反映襯砌的實際受力狀態(tài)，目前用于盾構隧道裝配式襯砌的橫向設計計算方法有慣用法、修正慣用法、多鉸圓環(huán)法、梁-彈簧模型和梁-接頭模型五種;縱向設計計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。上述模型都將盾構隧道裝配式襯砌沿橫向和縱向簡化為梁結(jié)構，并且將盾構隧道的橫向力學性能和縱向力學性能區(qū)分開來進行研究分析。然而，盾構隧道的結(jié)構形式非常復雜，縱向和橫向的結(jié)構性能密不可分，現(xiàn)有的將盾構隧道橫縱向簡化為梁的方法很多情況下無法準確反映襯砌整體的力學性能，與實際情況出現(xiàn)偏差。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對盾構隧道接頭進行三維有限元建模，在模型幾何參數(shù)上更加接近實際設計施工情況的同時

3、，對接頭處彈性密封襯墊的力學性能和防水效應進行深入研究，并將襯墊的力學性能以本構模型的方式應用到接頭三維有限元模型計算中，得到盾構管片的抗彎剛度，為殼-彈簧盾構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，對殼-彈簧模型承受不同軸力的接頭進行復雜非線性抗彎剛度的自動化迭代計算，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建立實體單元-彈簧模型，以實體單元模擬混凝土管片

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