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原文传递双圆盾构穿越下立交结构的施工力学行为及抗震特性研究

论文题名：	双圆盾构穿越下立交结构的施工力学行为及抗震特性研究
关键词：	盾构穿越;立交结构;双圆盾构施工;力学行为;抗震;双圆盾构隧道;下立交;附加荷载;底板;超孔隙水压力;正面附加推力;土体;自由场;隧道结构;数值模拟;原位监测;拉格朗日有限差分法;开挖面;挤压力;模拟分析
摘要：	随着国内外地铁等地下管网建设的迅速发展、城市地下空间开发利用规模的不断扩大，盾构施工不断向大深度、急曲线、长距离、大直径、断面最佳化的方向发展，同时双圆盾构和各类异形盾构成功地用于地铁区间隧道和深埋车站等地下工程。由于各种市政、交通、民防、等设施转入地下，大城市繁华市区地下空间越来越拥挤，近距离穿越已建地下结构的情况已不可避免。双圆盾构在软土地层中长距离穿越建(构)筑物仍然是地铁建设中的复杂技术难题之一，且具有较大的施工风险。　　本文依托上海轨道交通M10线双圆盾构区间隧道工程，通过数值模拟、现场试验、原位监测及理论分析，系统研究了双圆盾构在自由场及三面封闭条件下施工土体扰动特征、双圆盾构与其上方已建下立交结构的施工共同作用规律、下立交结构对双圆盾构隧道的抗震性能的影响，并针对施工灾害，提出了相应的施工对策。研究成果具有一定的理论意义和实用价值。主要工作及创新点如下：　　 1、通过自由场段双圆盾构现场掘进试验，监测分析了盾构施工扰动引起的土体位移场特征、孔隙水压变化特征，并对双圆盾构主要施工参数(土舱压力、注浆量、推进速度)进行敏感性分析，归纳减小双圆盾构施工环境土工损伤的控制措施，为双圆盾构在下立交下推进总结技术经验。　　 2、基于荷载-结构法，利用FORTRAN编制了相关程序，分析了双圆盾构隧道结构的内力大小及分布规律。　　 3、基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对自由场下双圆盾构隧道施工力学行为进行研究。分析了双圆盾构施工土体沉降及超孔隙水压力的特征、量值与范围，并与监测结果对比，揭示了双圆盾构掘进环境土工影响特征。并考虑流固耦合效应作用时，正面支护压力对开挖面稳定性的影响。　　 4、利用弹性力学Mindlin解，推导得到了双圆盾构正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力引起的附加应力计算公式，对双圆盾构施工在下立交底板上引起的附加荷载进行了分析。研究结果表明：正面附加推力引起的附加荷载较小，开挖面前方下立交底板上产生压力、后方产生拉力，拉力较压力小很多；盾壳摩擦力引起的附加荷载分布规律与正面附加推力相似，但其引起的附加荷载较大，在两者共同作用中占主要地位；底板与盾构净间距、埋深、土体粘聚力对附加荷载大小及分布均有显著影响。　　 5、将自由场下得到的经施工监测检验的数值模拟分析结果，用于在下立交下双圆盾构推进数值模拟分析，用以预测盾构掘进对下立交底板的影响。研究结果表明：在三面封闭的条件下，盾构施工引起的正超孔压很难向外界消散、负超孔压也很难得到外界水位的补给；在开挖面前方，底板受到挤压力，且挤压力主要由超孔隙水压力组成；沿横向方向，作用在下立交底板下的超孔隙水压力分布较均匀，而土体颗粒的挤压力则主要分布在其中线附近；下立交结构的刚性位移是引起底板沉降的主要原因，底板弯曲变形引起的沉降较小，变形最大值在盾尾脱离时取得。　　 6、研究了盾构在下立交底板和地下连续墙三面封闭的情况下施工时，开设泄压孔对调整改善下立交底板受力性能效果。泄压孔不仅可释放因盾构推进施工时所产生的水土压力，又可用以补压浆用以弥补因盾构施工引起的地层损失，避免盾构施工对下立交主体结构产生过大变形。该技术获得了相关知识产权、填补了国内在此方面技术的空白。　　 7、采用现场原位监测试验的研究方法，对双圆盾构隧道重叠下穿施工引起的上方已建下立交结构底板的纵向位移、附加荷载、附加内力及下立交底板下土体中的扰动位移、超孔隙水压力进行了系统的分析。　　 8、利用动力有限差分方法对双圆盾构隧道在有、无下立交两种工况下，其周边土体的液化性状、隧道结构的地震响应进行了对比分析。并在此基础上研究了下立交结构减缓隧道结构地震响应的机理。
作者：	陈宇
专业：	隧道及地下建筑工程
导师：	张庆贺
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文