【博士】軟土盾構隧道縱向沉降研究【2005】

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內容簡介

　　學科專業(yè)：結構工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學　　學位年度： 2005年　　大量建設和運營的軟土盾構隧道表明，隧道縱向沉降與不均勻沉降越來越明顯，由此引發(fā)的對隧道結構、接頭防水、隧道正常運營產生的影響愈為嚴重。論文以此為背景，針對隧道縱向沉降性態(tài)開展了試驗、解析及數(shù)值模擬等工作。主要研究內容及取得的成果如下：　　以上海地鐵盾構隧道為原型，模擬通縫、錯縫、部分均質(環(huán)內均質環(huán)問以縱向接頭連接)、完全均質等四種隧道形式，進行了隧道橫、縱向集中加載下的相似結構模型試驗，得到了上海地鐵盾構隧道橫、縱向剛度有效率?！　∵M行了系統(tǒng)的盾構隧道縱向均布加載的室內模型試驗，模型隧道具有通縫、錯縫、部分均質、完全均質等四種形式，試驗孛模擬了隧道下臥土層性質不均勻，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雜的情況，通過量測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)。　　在上述模型試驗的基礎上，結合已有研究成果，認為在隧道縱向等效時必須考慮環(huán)縫的影響范圍，由此提出了廣義的盾構隧道縱向等效連續(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梁。　　將雙參數(shù)彈性地基梁模型引入盾構隧道縱向結構性能、沉降性態(tài)的分析中。在Mindtin解的基礎上，結合外加荷載條件擬合了地基中應力的傳遞函數(shù)，進而積分得到雙參數(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構共同作用的計算模型，該模型全面、完整地從力學角度考慮了包括梁外地基剪切影響在內的地基的壓縮與剪切怍用，并且考慮了外加荷載情況，彌補了以往模型的不足。　　利用Mindlin基本解，推導了能考慮荷載與隧道軸線在水平面上成任意角度情況下，地基內矩形局部荷載引起隧道結構處的附加應力分布公式，并運用雙參數(shù)彈性地基梁理論推導了由此引起的隧道縱向沉降與內力的計算公式?！　∫陨虾５罔F盾構區(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，結合試驗結果，進行了三者的對比分析。此外，咀上海東方路下立交工程為背景，通過現(xiàn)場實測、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、下行線產生的縱向隆起，研究表明各結果基本吻合，試驗與解析分析結果得到了充分驗證?！　⊥ㄟ^己建立的盾構隧道縱向等效模型、地基內矩形局部荷載引起隧道結構的附加應力分布公式、雙參數(shù)彈性地基粱模型，系統(tǒng)研究了盾構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)，分析了這些因素對隧道縱向沉降、彎矩等的影響，得到了具有指導意義的規(guī)律和結論，以期對盾構隧道設計與施工有所幫助?！　?

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