【博士】软土盾构隧道衬砌结构计算方法及纵向变形分析【2009】

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内容简介

　　学科专业：隧道及地下建筑工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学土木工程学院　　学位年度： 2009年　　大量软土盾构隧道在长期使用过程中由于发生过量的纵向不均匀沉降，引发渗水漏泥、结构局部破坏，或内部结构发生扭曲变形。盾构隧道纵向沉降问题成为影响隧道安全运营的核心问题之一。　　论文通过室内模型试验模拟了衬砌结构渗漏对隧道沉降的影响及软土盾构隧道长期沉降的发展(第二章)。采用解析方法对纵向沉降问题进行分析(第三章)。基于广义正、负力共同作用机制，推导了纵向沉降问题的基本微分方程。根据环间接头拉伸、压缩刚度的差异，推导了纵向曲率与环缝张开量的函数关系。采用模型试验方法，通过对衬砌结构纵向沉降和环缝张开量的观测，验证了解析推导，指出了衬砌环沉降和环缝张开量的纵向分布模式。　　提出了基于接头力学参数动态调整的衬砌结构数值计算方法(第四章)。根据盾构隧道衬砌结构接头的构造特征，建立了接头的力学模型，通过接头节点的开合判定和循环迭代实现了计算过程中模型参数的动态调整，以此为基础建立了盾构隧道衬砌结构的计算方法；采用上海长江隧道整环衬砌结构试验对计算方法进行有效性验证。将衬砌环横向变形分为接头位置的管片错动，管片的刚体转动和弹性压缩三部分，认为接头刚度是影响横向变形的主要因素。对五环通、错缝衬砌结构进行内力和变形分析，将通、错缝衬砌结构的各环内力分布及变形进行对比，指出了错缝拼装影响衬砌结构横向刚度和内力分布的工作机理。对通、错缝衬砌结构的横向刚度有效率进行对比分析，对错缝衬砌结构的弯矩提高率进行了初步探讨。　　分别采用荷载结构法和地层结构法的理念对50环通、错缝衬砌结构进行三维数值模拟(第五章)。首先对衬砌环沉降和环缝张开量的纵向分布模式进行分析，并与解析推导和模型试验的结果进行对比。对通、错缝衬砌结构的纵向沉降传递的差异进行分析，认为通缝隧道主要通过环内管片的转动传递差异沉降，而错缝隧道主要通过环间接头的错动传递差异沉降。从最大差异沉降、环缝张开量、竖向错台、纵向错台、管片转动及防水条件六个方面对通、错缝衬砌结构的纵向变形模式进行比较，分析了纵向错台引起通缝隧道衬砌结构纵向刚度增大的工作机理。最后对衬砌与土体间相互作用的模拟方法及参数取值进行了探讨。　　

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