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《华南理工大学》 2017年
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上软下硬复合地层地铁盾构隧道管片的力学性态研究

雷凯  
【摘要】:针对上软下硬复合地层这种特殊的地层结构,现有的地铁盾构隧道设计和施工更多的凭借工程师已有经验,迄今为止仍没有可以依据的理论体系和设计施工规范,而在此地层中,衬砌管片环受力及变形特征与在均一岩土层中势必会有所区别,本文试图对该课题进行一些探索,针对设计方法、施工阶段、地铁列车运营阶段及地震荷载作用下等多个不同方面,开展如下几个方面的工作:(1)建立精细三维管片模型,模拟上软下硬复合地层中盾构隧道管片的受力特征,并对衬砌管片环在岩层中的地层复合比进行参数分析。研究结果表明:上软下硬复合地层中,管片环拱底处几乎没有竖向位移,管片环拱顶及拱腰向内侧收敛。在设计时轴力取梁-弹簧法得到的最大轴力进行设计即可,弯矩的取值与地层复合比有关,在设计时应将地层复合比m=0.85当作关键工况,予以考虑。(2)对上软下硬复合地层施工过程中千斤顶顶推力进行公式推导,以珠海市区至珠海机场地铁盾构工程为背景,模拟上软下硬复合地层中盾构隧道施工阶段管片的变形特征,并对管片环在岩层中的地层复合比进行参数分析。研究结果表明:理论计算公式得到的千斤顶顶推力大小与实测结果相差不大,能够用来指导实际施工及数值模拟,施工过程中,随着地层复合比m的改变,衬砌管片环的纵向及横向变形均会发生变化,当地层复合比为0.5时,盾尾管片环上下纵向差异变形达到最大。(3)建立上软下硬复合地层盾构隧道的二维数值模型,基于地层结构法,研究列车动荷载及地震荷载作用下衬砌管片环的力学行为,探讨衬砌管片环及周围围岩的稳定性控制机理,运用经验公式,对长期动荷载作用下的永久沉降进行预测,并对盾构隧道由软土层进去硬岩层时的差异沉降进行理论分析,给出差异沉降过大的处理方法。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U455.43;U231.3

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