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大直径盾构隧道管片上浮机理与施工控制研究
| 论文题名： | 大直径盾构隧道管片上浮机理与施工控制研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;管片上浮;静态上浮力;Pastemak地基梁;抗浮措施 |
| 摘要： | 随着盾构施工技术的日益成熟，盾构机开挖断面直径逐渐增加。施工过程中由管片上浮引起的管片开裂、管片破损、环间渗漏水等施工风险也越发显著，这些问题若处理不慎，容易引起灾害性施工事故，严重影响盾构隧道的施工安全和施工质量。因此针对管片上浮问题开展研究对于高效施工和安全施工是非常必要的。目前关于管片上浮的研究主要存在上浮力变化机理不明确、上浮量计算与实际情况存在偏差和抗浮措施缺乏有效的理论指导等不足。本文以施工过程中管片上浮现象为主要研究内容，通过物理模型试验、理论推导和数值模拟等手段建立了静态上浮力变化计算模型、上浮量预测模型和累计上浮量数值计算模型。主要研究成果包括: (1)设计上浮力测试装置，开展静态上浮力物理模型试验研究。结合管片实际受力情况提出无量纲的浆液抗力系数假设，拟合试验过程中浆液抗力系数变化规律，建立静态上浮力变化计算模型，初步揭示静态上浮力变化机理;归纳不同浆液水胶比静态上浮力变化计算公式。研究结果可为实际工程中静态上浮力变化计算提供参考。 (2)基于Pastemak弹性地基梁模型，综合考虑静态上浮力真实变化规律、浆液凝固时效性等因素，建立上浮量预测模型。通过与现场实测数据对比验证预测模型的合理性。分析注浆压力、上浮力影响范围、隧道纵向抗弯刚度和地基梁计算参数等对上浮量预测值的影响规律，提出工程指导建议。与已有预测模型相比，本模型可较好的反映管片实际的受力情况，在参数全面合理的情况下计算结果更接近实测值。 (3)考虑隧道掘进过程中管片上浮量的叠加影响，结合管片实际情况、浆液时效性和深径比等因素，利用FLAC3D数值模拟软件建立累计上浮量数值计算模型。通过与现场监测数据对比验证数值模型合理性，并根据累计上浮量变化速率归纳掘进过程中管片上浮的不同阶段。 (4)结合累计上浮量数值计算模型开展注浆压力、等代层强度、上浮力影响范围和深径比等影响因素参数敏感性分析研究。根据分析结果对影响因素进行排序并提出针对性的抗浮措施。 |
| 作者： | 王涵 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 丁万涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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