外界荷载作用下已建盾构隧道结构性状

摘要

随着盾构技术的不断发展，盾构隧道已经成为交通、水利、市政、电力等领域隧道结构的主要形式。而处于不同环境下的盾构隧道无论是在施工阶段还是在其使用阶段是不可避免地会受到各种工程活动的影响。作为一个由螺栓连接管片拼装起来的在役结构，接头和管片在新的施工荷载作用下的受力变形性能好坏将决定着隧道结构的整体安全。为了保证盾构隧道在外界荷载作用下的安全，对隧道管片及接头在外界荷载作用下的响应规律和失效机制进行研究具有重要的工程实际意义。
　　近年来对隧道结构在外界荷载作用下的研究逐渐增多，但现有的大部分研究要不就是把问题简化为二维的平面应变问题，要不就是把隧道当成一等效刚度均质梁或是等效均质圆筒，并不能真实反映出隧道结构在外界荷载作用下的响应。
　　为了进一步完善现有研究成果的不足，本文对隧道管片以及接头形成的拼装结构在外界荷载作用下的响应规律和失效机制进行了研究，主要做了如下工作:
　　1.通过对排水隧道垂直顶升施工阶段的监测和数值分析，研究了排水隧道在垂直顶升阶段的结构响应。基于现场监测数据和数值分析结果，验证了数值分析垂直顶升施工过程方法的合理性，重点揭示了隧道管片内力和接头变形在垂直顶升施工阶段的响应规律和失效机制。
　　2.利用现场监测和有限元方法对隧道结构在地面堆载作用下的响应进行了研究。提出了一种基于荷载-结构的计算方法，可以有效模拟拼装衬砌在地面堆载作用下响应的数值分析方法，并通过现场监测数据验证了其合理性。重点研究了隧道管片水平收敛以及沉降规律，并在此基础上对管片的环向应力和纵向接头的受力变形进行了详细分析。
　　3.对隧道结构在其侧方基坑开挖下的水平响应进行了研究。提出了可以考虑隧道管片、纵向以及环向接头在侧方卸荷下响应的有限元分析模型，并通过现场监测的数据验证了模型在计算隧道水平位移和水平收敛上的正确性。并对隧道管片以及接头受力变形最不利的位置进行了详细的分析。
　　4.通过数值模拟，揭示了隧道接缝处弹性密封垫的防水失效机制，重点分析了弹性密封垫在张开情况下的防水失效模式。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及文献综述

1．2．1 隧道计算模型及方法研究

1．2．2 基坑开挖侧向卸荷作用下隧道结构响应研究

1．2．3 地面堆载作用下隧道结构响应研究

1．2．4 接缝防水研究

1．3 本文研究内容

1．4 本文创新点

2 竖向顶升荷载作用下盾构隧道结构响应

2．1 垂直顶升施工方法简介

2．2 工程概况

2．3 现场监测

2．3．1 监测内容

2．3．2 监测方案

2．3．3 监测仪器与设备

2．3．4 仪器布设

2．4 数值模拟

2．4．1 模型尺寸和计算参数

2．4．2 接头模拟

2．4．3 隧道结构与土相互作用

2．4．4 计算工况

2．4．5 计算荷载

2．5 现场监测与数值模拟结果对比分析

2．5．1 接头变形分析

2．5．2 管片环向应力

2．6 本章小结

3 地面堆载作用下隧道结构响应

3．1 引言

3．2 地面堆载对隧道结构影响分析计算方法

3．2．1 隧道结构计算模型

3．2．2 荷载计算

3．2．3 荷载调整系数α和β计算方法及验证

3．3 工程实例分析

3．3．1 工程概况

3．3．2 地面堆载对隧道影响分析计算方法参数取值

3．3．3 计算结果与分析

3．4 本章小结

4 临近基坑开挖卸荷作用下隧道结构响应

4．1 引言

4．2 隧道侧向卸荷分析计算方法

4．2．1 隧道结构模拟

4．2．2 土体与隧道相互作用

4．2．3 模型荷载与加载方式

4．2．4 荷载折减系数ζ计算方法

4．3 隧道侧向卸荷分析计算方法工程实例应用

4．3．1 工程概况

4．3．2 隧道侧向卸荷分析计算方法参数取值

4．3．3 模型分析结果与监测结果

4．3．4 参数敏感度分析

4．4 本章小结

5 接头防水失效数值模拟研究

5．1 引言

5．2 接缝防水材料及机理

5．2．1 密封垫种类

5．2．2 弹性密封垫防水机理

5．3 密封垫防水失效数值模拟研究

5．3．1 工程概况

5．3．2 数值模型

5．3．3 数值结果分析

5．4 本章小结

6 结论与建议

6．1 本文结论

6．2 下一步工作建议

参考文献

附录