大型水下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題研究.pdf

1、當(dāng)前，我國正處于大型水下隧道建設(shè)的快速發(fā)展期，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求下，一大批的大型水下隧道工程正開工建設(shè)，其中大量采用了盾構(gòu)法修建。然而，在面臨水下復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境、結(jié)構(gòu)大型化的挑戰(zhàn)時，原有的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、理論、技術(shù)與方法都呈現(xiàn)出了一些問題，如何完善大型水下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，保障隧道結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理、耐久已然成為亟待解決的關(guān)鍵問題。鑒于此，本文針對大型水下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的若干關(guān)鍵問題開展研究，具有重要工程價值。

2、>　　論文以作者主持設(shè)計的幾座典型的大型水下盾構(gòu)隧道——廣深港高速鐵路獅子洋隧道、南京長江隧道、武漢長江隧道、武漢三陽路長江隧道等為背景，結(jié)合國家高技術(shù)發(fā)展計劃（863計劃）課題——“大型跨江海隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)特征及整體化設(shè)計方法研究”等國家重大課題開展研究工作，緊緊圍繞大型水下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題，分別從整體化設(shè)計方法、荷載取值、結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計參數(shù)以及結(jié)構(gòu)分析方法等多個方面開展深入的研究，得到主要研究結(jié)論如下:
　　1、提出了

3、水下盾構(gòu)隧道整體化設(shè)計的概念，建立了水下盾構(gòu)隧道整體化設(shè)計的基本架構(gòu)，明確了水下盾構(gòu)隧道整體化設(shè)計的目標(biāo)與影響因素與設(shè)計思路，提出了采用層次分析法、模糊綜合評判法和專家綜合評估法等數(shù)學(xué)方法建立水下盾構(gòu)隧道整體化設(shè)計的評估理論和決策方法，采用線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、無約束優(yōu)化方法、蒙特卡羅法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等尋求最優(yōu)設(shè)計方案的整體化設(shè)計構(gòu)思，并采用整體化設(shè)計方法對獅子洋隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行最優(yōu)化比選。
　　2、從盾構(gòu)施工對圍巖的影

4、響以及圍巖-結(jié)構(gòu)的相互作用兩方面考量水下盾構(gòu)隧道荷載的產(chǎn)生與作用效應(yīng)，分析了泥水盾構(gòu)施工過程中泥水作用、流固耦合效應(yīng)、盾尾注漿及管片壁后注漿、圍巖-結(jié)構(gòu)的相互協(xié)調(diào)作用等“施工效應(yīng)”對于水下盾構(gòu)隧道荷載的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了考慮泥水盾構(gòu)“施工效應(yīng)”的修正收斂-約束法。以廣深港高速鐵路獅子洋隧道為例，針對軟土、硬巖、軟硬不均地層開展了水、土壓力荷載的現(xiàn)場實(shí)測，證實(shí)了泥水盾構(gòu)施工效應(yīng)對于大斷面水下盾構(gòu)隧道施工期乃至最終受荷的重要影響，驗(yàn)證

5、了修正收斂-約束法的適用性與可靠性，并對目前水下盾構(gòu)隧道常用的荷載計算方法提出了使用建議。
　　3、從結(jié)構(gòu)受力性能、隧道防水及結(jié)構(gòu)可靠性、施工難易程度以工程造價與工期等方面綜合考量襯砌結(jié)構(gòu)性能，提出了適應(yīng)于河床沖淤變化及水位變化的非封閉內(nèi)襯型雙層襯砌。從管片制作、運(yùn)輸、安裝及受力特性等方面深入對比分析，給出了大型水下盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)分塊方式、管片厚度以及管片幅寬的合理化取值參數(shù)。對不同螺栓連接形式、接縫防水類型對接頭受力特性和

6、防水性能的影響進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上給出了大型水下盾構(gòu)隧道接頭連接方式以及接縫防水措施建議。
　　4、針對大型水下盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及荷載復(fù)雜環(huán)境的影響，建立了以考慮接頭剛度迭代算法的梁-彈簧模型為主，考慮管片開裂影響的梁-彈簧模型以及考量幅寬影響的三維殼-彈簧模型為輔的，能夠綜合考量接頭剛度的非線性迭代取值、管片錯縫拼裝效應(yīng)、裂縫影響以及幅寬影響的大型水下盾構(gòu)法隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)橫向分析方法體系。提出了能夠準(zhǔn)確考慮管片環(huán)及接頭力學(xué)