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地铁盾构隧道管片接头的理论分析及应用研究

张鹏  
【摘要】:近年来,盾构工法在地下隧道工程中的应用日益广泛,尤其是在城市地铁的建设中发挥了巨大的作用。管片作为盾构隧道的长期受载体,其力学性能的研究就显得尤其重要,而接头作为盾构管片的重要部位,对整个隧道结构的力学性能都有着非常大的影响,如何合理考虑接头性能对于管片的影响也是管片设计中的关键因素之一。同时,管片接头造成的结构整体多向非连续性及外部荷载沿纵向的差异使盾构隧道在施工阶段表现出的力学性能与正常使用阶段存在较大的差异。因此,本文依托苏州轨道交通一号线盾构隧道为工程背景,围绕盾构管片接头力学性能及其影响开展了如下几方面的工作: 1.对环向接头力学行为进行理论分析,建立了管片环向接头力学模型,推导出管片接头在正负弯矩作用下的转角、抗弯刚度解析表达式; 2.在力学解析模型的基础上建立了接头数值计算模型,针对影响管片环向接头刚度的相关因素进行了系统的敏感性分析,并对比分析了力学解析模型和数值模型的计算结果,总结了接头力学性能发展规律,最终为苏州轨道交通一号线盾构隧道管片设计提供了一种接头刚度的计算模型及相关设计建议; 3.在管片环向接头性能研究基础上,对管片设计中应用广泛的三类计算模型进行了对比分析,总结了考虑接头效应的非连续模型与连续介质模型之间的本质差异,对管片设计流程进行了优化,并综合利用非连续计算模型及本文推导出的环向接头抗弯刚度值,对管片设计中敏感性较高的参数进行了影响分析; 4.在管片环向接头性能研究基础上,将单环管片非连续接头模型推广至隧道整体结构,建立了考虑接头非连续性的三维盾构隧道有限元模型,重点分析了接头非连续性对施工条件下的管片力学性能的影响,并针对注浆压力、千斤顶推力、拼装方式以及施工阶段可能出现的三类特殊工况进行了相关分析。


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