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盾构隧道管片衬砌结构稳定性问题研究
| 论文题名： | 盾构隧道管片衬砌结构稳定性问题研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;管片衬砌;失稳性态;结构稳定性 |
| 摘要： | 伴随着大批城市地铁盾构隧道和水下大型铁路、公路盾构隧道的建成，盾构隧道的长期安全稳定问题随之而来。目前盾构隧道衬砌结构设计理论主要从局部的管片混凝土的强度、混凝土的开裂以及接缝面的强度、接头的张开等方面进行检算，而对盾构隧道的整体失稳破坏问题缺乏考虑。实际工程中，软弱地层条件，管片结构材料性能退化以及人类活动的影响，比如近接建筑物的施工、抽取地下水等因素都会对整个盾构隧道的稳定性产生不良影响，而目前缺乏相关的理论判据，并且目前的相关研究甚少。 论文结合国家重点基础研究发展计划（973计划）课题“复杂环境作用下地下结构的长期安全性及其预测方法”和国家自然科学基金青年基金“大断面盾构隧道管片接头力学行为研究”，主要采用理论分析、相似模型试验和数值分析等研究手段，对盾构隧道管片衬砌结构的稳定性问题进行研究，旨在揭示盾构隧道管片衬砌结构的失稳性态，探明盾构隧道管片衬砌结构的失稳破坏判定标准，主要工作和研究成果如下: 1、针对目前我国存在的典型盾构隧道，即一般城市地铁盾构隧道和水下公路或铁路盾构隧道，采用数值分析的手段，对外直径分别为6m级、10m级、15m级的盾构隧道管片接头的抗弯性能进行了研究，给出了其盾构隧道管片接头的抗弯刚度设计建议取值范围。 2、以外径10.8m的狮子洋水下铁路盾构隧道为研究对象，采用数值分析的手段，探讨了接头抗弯刚度对管片衬砌结构变形和内力的影响规律，建立了基于接头抗弯刚度-弯矩-轴力非线性关系的壳-弹簧管片衬砌力学计算模型，探明了与管片结构受力一致的管片接头抗弯刚度，对管片接头的工作性态有了较准确的把握，有利于优化设计。 3、采用非线性有限元稳定性分析方法，分析不同地层条件、不同接头抗弯刚度、不同拼装方式下的管片衬砌结构失稳力学特征，探讨了不同因素对盾构隧道结构稳定性的影响程度和影响规律。 4、采用“盾构隧道-土层复合体模拟试验系统”，针对标准贯入度≤5的软弱粘土地层条件，开展了盾构隧道管片衬砌结构稳定性相似模型试验，揭示了接头抗弯刚度、拼装方式、管片刚度、地层空洞等不同因素对管片结构稳定性的影响规律，探明了盾构隧道管片结构的失稳性态。通过比较模型试验和数值分析的结果，提出了盾构隧道管片结构失稳破坏判断的建议。 5、采用非线性有限元稳定性分析方法，研究特殊条件下的管片衬砌结构稳定性，包括局部地层抗力削弱情况、复合地层条件、地下水位变化以及长期地下环境作用引起的结构性能退化等，揭示了不同条件下管片结构的失稳机理和失稳性态。 |
| 作者： | 郭瑞 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 何川 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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