水下盾構法隧道雙層襯砌結構力學特性.pdf

1、大型水下鐵路盾構隧道正朝著超長、大斷面以及高水壓的方向發(fā)展，為滿足襯砌結構耐久性、列車運行振動及防撞擊、阻燃等相關安全保障的要求，目前國內盾構隧道已經開始嘗試使用管片+模筑混凝土的襯砌型式。然而長期以來對于盾構隧道二次襯砌的受力性態(tài)不甚明確，其作用在認識上也存在偏差和爭議，至今尚未形成統(tǒng)一的盾構隧道雙層襯砌結構計算理論。
　　論文以廣深港客運專線獅子洋隧道為工程背景，結合國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)課題“復雜環(huán)境作用下地

2、下結構的長期安全性及其預測方法”和中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金優(yōu)秀學生資助項目“盾構隧道雙層襯砌結構設計理論研究”開展研究。主要采用理論分析、相似模型試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等研究手段，建立雙層襯砌橫、縱向結構力學模型，旨在揭示大型水下盾構隧道雙層襯砌結構在橫、縱方向的力學特性，探明管片與二次襯砌之間的相互作用機理，取得主要成果如下：
　　1、分析了盾構隧道雙層襯砌結構間的相互作用關系，提出了雙層襯砌結構的橫向力學模型，推導了結

3、合面壓縮剛度及剪切面滑移變形的理論解析解；建立了非線性三維有限元力學模型，對雙層襯砌結合面剛度、不同內襯厚度及二襯合理施作時機進行全面比較研究。針對管片襯砌結構型式的特點，從接縫防水及結構受壓承載能力兩方面分析了管片襯砌的高水壓分界值，并得到了不同水位漲幅和管片滲漏水情況下的雙層襯砌橫向結構特性。
　　2、采用對水、土壓力可實現(xiàn)分離加載的盾構隧道-地層-水壓復合體模擬試驗系統(tǒng)，實施了不同水、土壓力場條件下雙層襯砌結構力學特征的模型

4、試驗，分析了設計荷載及超載條件下二襯施作前后管片襯砌受力特性及變化規(guī)律；探討了不同結合面情況下雙層襯砌的相互作用機理；揭示了注漿缺陷或圍巖弱化等因素對雙層襯砌力學特性的影響規(guī)律；探明了超載條件下雙層襯砌的破壞形態(tài)。
　　3、針對管片襯砌橫向性能和雙層襯砌縱向連接性能的特性，建立了三維殼-彈簧縱向力學模型，豐富和發(fā)展了既有盾構隧道縱向力學模型。通過計算分析，探明了不同二襯厚度條件下雙層襯砌縱向等效剛度的影響規(guī)律。采用縱向反應位移法對

5、盾構隧道管片襯砌結構及雙層襯砌縱向抗震力學特性進行了比較分析。
　　4、開展了水下盾構隧道雙層襯砌結構縱向力學特性及相互作用機理的相似模型試驗，探明了不同地層條件、局部加、卸載等因素對盾構隧道管片襯砌結構及雙層襯砌結構縱向力學特性的影響規(guī)律。
　　5、以獅子洋盾構隧道雙層襯砌段為對象開展了現(xiàn)場試驗研究，通過對測試數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，探明了盾構機掘進過程中同步注漿與千斤頂推力對管片襯砌結構的影響，揭示了管片襯砌結構所受水、土壓力、