【博士】軟土盾構(gòu)隧道縱向沉降研究【2005】

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　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度： 2005年　　大量建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的軟土盾構(gòu)隧道表明，隧道縱向沉降與不均勻沉降越來越明顯，由此引發(fā)的對(duì)隧道結(jié)構(gòu)、接頭防水、隧道正常運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響愈為嚴(yán)重。論文以此為背景，針對(duì)隧道縱向沉降性態(tài)開展了試驗(yàn)、解析及數(shù)值模擬等工作。主要研究?jī)?nèi)容及取得的成果如下：　　以上海地鐵盾構(gòu)隧道為原型，模擬通縫、錯(cuò)縫、部分均質(zhì)(環(huán)內(nèi)均質(zhì)環(huán)問以縱向接頭連接)、完全均質(zhì)等四種隧道形式，進(jìn)行了隧道橫、縱向集中加載下的相似結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，得到了上海地鐵盾構(gòu)隧道橫、縱向剛度有效率?！　∵M(jìn)行了系統(tǒng)的盾構(gòu)隧道縱向均布加載的室內(nèi)模型試驗(yàn)，模型隧道具有通縫、錯(cuò)縫、部分均質(zhì)、完全均質(zhì)等四種形式，試驗(yàn)孛模擬了隧道下臥土層性質(zhì)不均勻，地表有均布、局部荷載以及局部荷載作用位置變化等多種復(fù)雜的情況，通過量測(cè)隧道縱向沉降與隧道周圍土壓力，分析了各隧道的縱向沉降性態(tài)?！　≡谏鲜瞿Ｐ驮囼?yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有研究成果，認(rèn)為在隧道縱向等效時(shí)必須考慮環(huán)縫的影響范圍，由此提出了廣義的盾構(gòu)隧道縱向等效連續(xù)化模型，將由環(huán)、縱向接頭拼裝而成的隧道考慮為縱向的均質(zhì)梁?！　㈦p參數(shù)彈性地基梁模型引入盾構(gòu)隧道縱向結(jié)構(gòu)性能、沉降性態(tài)的分析中。在Mindtin解的基礎(chǔ)上，結(jié)合外加荷載條件擬合了地基中應(yīng)力的傳遞函數(shù)，進(jìn)而積分得到雙參數(shù)地基模型(Vlasov模型)中的位移傳遞函數(shù)，再得到雙參數(shù)模型中的壓縮系數(shù)與剪切系數(shù)。而后，通過雙參數(shù)彈性地基梁模型建立了土一隧道結(jié)構(gòu)共同作用的計(jì)算模型，該模型全面、完整地從力學(xué)角度考慮了包括梁外地基剪切影響在內(nèi)的地基的壓縮與剪切怍用，并且考慮了外加荷載情況，彌補(bǔ)了以往模型的不足。　　利用Mindlin基本解，推導(dǎo)了能考慮荷載與隧道軸線在水平面上成任意角度情況下，地基內(nèi)矩形局部荷載引起隧道結(jié)構(gòu)處的附加應(yīng)力分布公式，并運(yùn)用雙參數(shù)彈性地基梁理論推導(dǎo)了由此引起的隧道縱向沉降與內(nèi)力的計(jì)算公式。　　以上海地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道為例，通過三維有限元軟件(MARC)以及墩參數(shù)解析分析模型，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了三者的對(duì)比分析。此外，咀上海東方路下立交工程為背景，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、理論分析、三維有限元數(shù)值模擬分析比較了地鐵上部基坑開挖使隧道上、下行線產(chǎn)生的縱向隆起，研究表明各結(jié)果基本吻合，試驗(yàn)與解析分析結(jié)果得到了充分驗(yàn)證?！　⊥ㄟ^己建立的盾構(gòu)隧道縱向等效模型、地基內(nèi)矩形局部荷載引起隧道結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力分布公式、雙參數(shù)彈性地基粱模型，系統(tǒng)研究了盾構(gòu)隧道在下臥土軟硬不一致、隧道剛度變化、隧道上方局部荷載變化等典型情況下的縱向沉降性態(tài)，分析了這些因素對(duì)隧道縱向沉降、彎矩等的影響，得到了具有指導(dǎo)意義的規(guī)律和結(jié)論，以期對(duì)盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)與施工有所幫助。　　

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