高水压越江盾构隧道管片结构稳定性研究

论文摘要

随着我国经济的发展和综合国力的提升,城市地下空间开发的推进,盾构法施工在隧道工程,尤其是地铁和越江隧道的建设中也应用的日趋广泛。因此,关于盾构隧道设计开挖的相关理论也越来越重要。盾构隧道衬砌的设计方法,荷载模型及其数值模拟一直是研究的重点,同时,大直径,大幅宽,高水压等有针对性的课题也是目前众多学者关注的热点。本文首先对国内外盾构隧道理论和数值模拟研究的相关成果进行归纳总结,在此基础上,以南京纬三路越江盾构隧道为研究背景,分别采用修正圆环模型和梁—弹簧模型这两种荷载结构法模型对盾构隧道衬砌进行数值模拟计算,得到五种不同的工况下两种模型的结构受力和变形规律；采用连续介质的实体—接头流固耦合模型,对高水压情况下,大型管片的结构受力进行了深入研究。主要研究内容及结论如下：(1)水下盾构隧道的数值模拟方法研究。研究了外荷载作用于盾构衬砌上的作用方式以及荷载折减系数。(2)越江盾构隧道衬砌结构受力分析。基于上述理论,使用有限元计算软件ANSYS建立等效刚度圆环模型和梁—弹簧模型,分别对纬三路盾构隧道上的五个不同截面进行计算,并对计算结果进行对比分析。同时,简单的考虑了不同衬砌厚度对管片受力的影响。(3)基于荷载结构法的高水压越江盾构隧道衬砌可靠性研究。建立荷载结构模型,对隧道水深最深处截面衬砌的可靠性进行研究,分析了围岩和结构的相关参数对衬砌内力的影响。(4)高水压越江隧道流固耦合模型研究。使用有限元软件ABAQUS建立高水压情况下,连续体介质—实体—接头流固耦合模型,并对计算结果进行分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 隧道结构的计算理论
• 1.2.2 隧道衬砌结构设计方法
• 1.3 本文的主要研究内容和研究方法
• 第二章 水下盾构隧道荷载及其计算方法
• 2.1 有限元理论
• 2.2 衬砌结构的外荷载研究
• 2.2.1 水下隧道松散土压力荷载分析计算
• 2.2.2 外水压力荷载分析计算
• 2.2.3 边界条件
• 第三章 水下盾构隧道荷载结构计算方法研究
• 3.1 盾构隧道荷载结构法的计算模型
• 3.1.1 等效刚度圆环模型（修正惯用法）
• 3.1.2 梁—弹簧模型
• 3.2 工程背景
• 3.2.1 结构选型及几何设计
• 3.2.2 结构的计算荷载
• 3.2.3 结构计算断面
• 3.2.4 计算参数取值
• 3.3 计算结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于荷载结构法的高水压越江盾构隧道衬砌可靠性研究
• 4.1 地下结构可靠性分析基本原理
• 4.2 地下结构可靠性分析常用方法
• 4.3 计算结果
• 4.3.1 荷载结构法结构可靠性分析基本随机变量统计特征
• 4.3.2 荷载结构法结构可靠性计算结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 流固耦合理论在越江盾构隧道中的应用
• 5.1 工程背景
• 5.2 岩土介质应力与渗流耦合理论
• 5.2.1 流体渗流规律
• 5.2.2 有效应力原理
• 5.2.3 应力平衡方程和渗流连续方程
• 5.2.4 有限元离散
• 5.3 三维连续体介质—实体—接头流固耦合模型
• 5.3.1 计算模型
• 4.3.2 计算参数取值
• 5.3.3 计算结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表