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原文传递软土盾构隧道纵向沉降研究

论文题名：	软土盾构隧道纵向沉降研究
关键词：	软土盾构隧道;纵向沉降;通错缝;相似模型试验;纵向等效连续化模型
摘要：	大量建设和运营的软土盾构隧道表明，隧道纵向沉降与不均匀沉降越来越明显，由此引发的对隧道结构、接头防水、隧道正常运营产生的影响愈为严重。论文以此为背景，针对隧道纵向沉降性态开展了试验、解析及数值模拟等工作。主要研究内容及取得的成果如下：以上海地铁盾构隧道为原型，模拟通缝、错缝、部分均质(环内均质环间以纵向接头连接)、完全均质等四种隧道形式，进行了隧道横、纵向集中加载下的相似结构模型试验，得到了上海地铁盾构隧道横、纵向刚度有效率。进行了系统的盾构隧道纵向均布加载的室内模型试验，模型隧道具有通缝、错缝、部分均质、完全均质等四种形式，试验中模拟了隧道下卧土层性质不均匀，地表有均布、局部荷载以及局部荷载作用位置变化等多种复杂的情况，通过量测隧道纵向沉降与隧道周围土压力，分析了各隧道的纵向沉降性态。在上述模型试验的基础上，结合已有研究成果，认为在隧道纵向等效时必须考虑环缝的影响范围，由此提出了广义的盾构隧道纵向等效连续化模型，将由环、纵向接头拼装而成的隧道考虑为纵向的均质梁。将双参数弹性地基梁模型引入盾构隧道纵向结构性能、沉降性态的分析中。在Mindlin解的基础上，结合外加荷载条件拟合了地基中应力的传递函数，进而积分得到双参数地基模型(Vlasov模型)中的位移传递函数，再得到双参数模型中的压缩系数与剪切系数。而后，通过双参数弹性地基梁模型建立了土—隧道结构共同作用的计算模型，该模型全面、完整地从力学角度考虑了包括梁外地基剪切影响在内的地基的压缩与剪切作用，并且考虑了外加荷载情况，弥补了以往模型的不足。利用Mindlin基本解，推导了能考虑荷载与隧道轴线在水平面上成任意角度情况下，地基内矩形局部荷载引起隧道结构处的附加应力分布公式，并运用双参数弹性地基梁理论推导了由此引起的隧道纵向沉降与内力的计算公式。以上海地铁盾构区间隧道为例，通过三维有限元软件(MARC)以及双参数解析分析模型，结合试验结果，进行了三者的对比分析。此外，以上海东方路下立交工程为背景，通过现场实测、理论分析、三维有限元数值模拟分析比较了地铁上部基坑开挖使隧道上、下行线产生的纵向隆起，研究表明各结果基本吻合，试验与解析分析结果得到了充分验证。通过已建立的盾构隧道纵向等效模型、地基内矩形局部荷载引起隧道结构的附加应力分布公式、双参数弹性地基梁模型，系统研究了盾构隧道在下卧土软硬不一致、隧道刚度变化、隧道上方局部荷载变化等典型情况下的纵向沉降性态，分析了这些因素对隧道纵向沉降、弯矩等的影响，得到了具有指导意义的规律和结论，以期对盾构隧道设计与施工有所帮助。
作者：	徐凌
专业：	土木工程·结构工程
导师：	黄宏伟
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文