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超大直径泥水盾构隧道抗浮试验与理论研究
| 论文题名： | 超大直径泥水盾构隧道抗浮试验与理论研究 |
| 关键词： | 超大直径隧道;泥水盾构隧道;上浮力动态变化;单液浆;计算模型;抗浮试验;承载能力 |
| 摘要： | 位于饱和软土的盾构隧道施工中，同步注浆的管片外围通常由泥浆、注浆浆液或地下水包裹，造成局部浸泡在液态环境中，管片从而产生了上浮，超大直径隧道由于断面大更易上浮，尤其是在穿越浅覆土时，管片环间摩擦力小而使其抵抗上浮能力差，当隧道结构自身抵抗上浮的能力小于隧道在浆液中的上浮力，管片表现为错台量大甚至螺栓被剪断，直接影响到隧道的安全与稳定和施工质量等。传统抗浮分析未能考虑浆液力学性质对抗浮影响，认为隧道在浆液所受浮力等于水中浮力，未能考虑实际隧道处于时变特性浆液浮力动态变化、未能考虑在浆液中还受到静摩擦力，浆液体弹性抗力与粘滞阻力等力的作用，现行设计规范也没有对隧道抗浮设计和施工措施做出明确的规定。 本文以上海长江隧道为依托，主要从超大直径盾构隧道上浮机理与上浮理论模型建立、浆液物理力学试验、上浮力确定试验、结构上浮力作用下承载能力试验等方面开展了研究，形成了超大直径隧道抗浮技术。 试验方面：通过研发的装置进行了模型隧道在压力容器内的上浮试验，得出了隧道在新型单液浆中的浮力公式以及其随时间动态变化，浮力大小主要与浆液密度与龄期、隧道表面积与体积以及隧道埋深有关等规律。 在管片生产基地进行了全比例隧道衬砌结构在上浮力作用下承载力试验，得出上海长江隧道上浮力作用下受力与变形规律、螺栓极限承载力与相应管片间的极限错动量，得到了隧道在上浮工况下修正惯用法计算参数。 进行了新型浆液系列室内物理力学试验，得出了高重度、高稠度、高抗剪性的新型单液浆能满足泵送与抗浮要求，得出的试验参数可用于上浮分析。 理论分析中，以试验数据为基础建立的隧道上浮理论分析模型考虑了浆液体物理力学性质变化对隧道上浮的影响，考虑了实际隧道在时变浆液中动态变化的浮力，考虑了实际错缝拼装隧道抵抗上浮承载能力，考虑了隧道纵向变形、受力与横向的相互作用，该模型为分析实际隧道结构施工期的稳定性、隧道衬砌结构设计的合理性以及优化隧道掘进施工参数提供了工具。 抗浮技术措施方面，以超大直径隧道——上海长江隧道为背景工程，对其进行了抗浮分析，提出的在保证浆液泵送能性能前提下，通过调整浆液材料质量与配比等方式来尽量提高其早期剪切强度、在浅覆土地段控制掘进速度、衬砌环间增设了剪力销、衬砌接头利用预埋钢板焊接、通过车架与口字件等压重块来抵抗隧道上浮的技术措施，将隧道衬砌环间高差控制在4mm范围内。 |
| 作者： | 杨方勤 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 袁勇;张冠军 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木工程学院 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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