飞机动载作用下复合式TBM下穿跑道设计方法及施工控制基准

摘要

现代社会城市高速发展，为满足市民出行要求的快速交通网络也处于高速发展时期，由高速铁路、轨道交通、高速公路以及飞机等交通方式组成了复杂的城市交通网络，那么难免会产生不同交通线路的重叠、近接等情况，有部分轨道交通线路不得不下穿飞机机场，在近年来国内外已出现较多隧道下穿机场的工程实例。而机场由于其特殊性，对跑道的沉降、变形等方面有着严格的要求，同时飞机的起降、滑行等行为对下穿隧道的内力、变形也有尚不明确的影响，跑道与下穿隧道的安全性影响着机场的运营安全，一旦出现问题后果严重。 因此，本文以重庆轨道交通十号线下穿重庆江北机场跑道段的T3 航站楼站～T2 航站楼站区间为依托，综合采用了资料调研、数值模拟、理论分析、工程验证等多种研究手段进行研究，分析下穿跑道的TBM隧道对跑道的变形、受力影响规律，飞机动荷载对下穿隧道的影响规律，主要研究内容及成果如下： （1）基于跑道最不利道面荷载与布辛奈斯克解，获得了飞机竖向应力的传播规律，其最大值始终位于飞机最后一排机轮中心点指向前轮中心点方向3m处，随着远离该点竖向应力迅速减小。确定了飞机荷载对下穿TBM隧道管片影响范围的计算公式、飞机荷载对TBM隧道管片产生影响的跑道范围的计算公式。 （2）采用有限元三维数值模拟获得了飞机动荷载对跑道沉降、下穿隧道的变形和应力的影响规律，当飞机荷载位于拱顶正上方时有最大影响。 （3）确定了隧道附加飞机荷载的最不利分布模式，简化了管片附加飞机荷载计算方法，提出了隧道深埋、浅埋情况下的下穿机场跑道的管片受力模型和结构设计方法。 （4）推导出跑道下部空洞直径为R时混凝土跑道的挠度、转角、弯矩、剪力的表达式及其最大值，进而提出了一种跑道下部土体沉降槽限值的计算方法，基于依托工程提出一种通过强度折减法确定拱顶沉降与地表沉降的关系，最终通过控制拱顶沉降来达到控制地表沉降以满足地表沉降槽限值的要求。

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摘 要

Abstract

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 选题意义

1.1.2 依托工程概况

1.2 国内外研究现状

1.2.1 隧道下穿机场工程案例调研

1.2.2 飞机荷载对下穿隧道的影响规律调研

1.2.3 隧道下穿机场跑道变形控制基准调研

1.3 主要研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 技术路线

第2章 飞机动载作用下复合式TBM下穿跑道施工力学特征

2.1 复合式TBM下穿飞机跑道道面荷载的确定

2.2 飞机荷载对隧道的影响范围分析

2.2.1 飞机荷载的竖向应力传播规律

2.2.2 飞机荷载对TBM隧道管片影响范围分析

2.2.3 飞机荷载对TBM隧道管片产生影响的跑道范围分析

2.3 TBM施工对飞机跑道的影响

2.4.1 飞机荷载对隧道变形的影响

2.4.2 飞机荷载对隧道应力的影响

2.5 本章小结

第3章 下穿飞机跑道复合式TBM隧道荷载计算及结构设计方法

3.1 飞机附加竖向荷载计算方法

3.1.1 飞机附加竖向荷载最不利分布模式分析

3.1.2 飞机附加竖向荷载影响深度分析

3.1.3 飞机附加竖向荷载简化计算方法

3.2 下穿机场跑道的管片结构设计方法

3.2.1 深埋隧道围岩荷载

3.2.2 浅埋隧道围岩荷载

3.2.3 飞机附加荷载下隧道结构设计方法

3.2.4 理论分析结果验证

3.3 本章小结

第4章 下穿飞机跑道复合式TBM隧道施工位移控制基准研究

4.1 跑道下地面沉降槽限值

4.1.1 刚度修正peck法跑道下部地表沉降槽

4.1.2 跑道下部土体沉降后飞机跑道受力情况分析

4.1.3 跑道下部土体沉降槽限值

4.2 拱顶沉降控制基准

4.3 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研与发表的论文