盾构隧道管片结构理论分析及工程应用研究

论文摘要

进入二十一世纪，世界经济不断发展极大地推动了城市化，而随着城市地面空间资源的开发利用趋于饱和，人类逐渐把眼光投向了广阔的地下空间。在当前国内外大量地铁工程建设中，盾构法已经成为了最重要的建设方法之一。得益于盾构法自身的诸多优点和地铁盾构隧道等各项城市基础设施及地下空间大规模建设的推动，盾构隧道工法无论是在技术上还是在理论上都有了非常大的进步。但由于地下结构及岩土工程的复杂性，盾构隧道计算模型尚欠成熟和完善，需要不断地对盾构隧道设计计算模型的理论研究，探索最能反应实际工况的盾构隧道结构计算模型。本文对盾构隧道结构计算理论进行了研究，主要工作有：（1）回顾了盾构隧道的发展历史，对国内外盾构隧道结构计算模型及相关理论进行了概况和总结，并对惯用法、修正惯用法、弹性铰圆环法和梁-弹簧模型及梁-接头模型等结构计算理论进行了详细的介绍。（2）概括总结了隧道结构荷载计算中的各种方法及其适用条件。对盾构法隧道荷载计算方法进行了探讨，分别介绍了衬砌土压力的简化计算法、考虑地层与衬砌共作用法及衬砌荷载反馈分析法；详细研究了简化计算方法中垂直土压力、水平土压力、以及地基抗力等管片土压力的基本问题。（3）针对南昌地铁一号线工程实例，采用匀质圆环模型，研究了弯曲刚度有效率和土体抗力系数对盾构隧道内力计算的影响规律，同时，考虑到匀质圆环模型、弹性铰圆环模型和双环梁-弹簧模型的不同模型假定和计算特点，对其进行了研究分析。（4）本文推导了考虑接头刚度影响和抗力分布变化的盾构隧道结构计算模型解析解，并通过编程与惯用计算法和数值模拟方法进行了计算对比分析。分析表明：考虑接头刚度影响和抗力分布变化计算模型所求盾构隧道内力的变化趋势和惯用计算法所得结果基本一致；此外，其计算结果与数值模拟法计算的结果变化规律也具有一致性，三种方法的计算结果变化趋势相吻合，特别是在隧道直径增大时所得结果更趋一致，同时由于所推导的解析解基于放松土体抗力的假设限制，因而其具有一定的适用性和普遍性。合理的盾构隧道结构计算模型对盾构隧道设计水平的提高、工程造价的降低，安全建设的控制和整个盾构隧道建设水平的推进，都具有十分重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 盾构法隧道概述
• 1.2 盾构隧道结构理论的国内外研究现状
• 1.2.1 结构计算模型的研究概况
• 1.2.2 管片接头的研究
• 1.2.3 土体抗力的研究
• 1.3 问题的提出
• 1.4 研究内容
• 第2章 盾构隧道结构设计理论及荷载研究
• 2.1 盾构隧道结构计算理论
• 2.1.1 惯用法
• 2.1.2 修正惯用法
• 2.1.3 梁-弹簧模型及梁-接头模型
• 2.1.4 弹性铰圆环模型
• 2.2 隧道衬砌结构荷载研究
• 2.2.1 简化计算方法
• 2.2.2 考虑地层与衬砌共同作用的方法
• 2.2.3 衬砌荷载反分析法
• 2.3 本章小结
• 第3章 考虑接头影响和抗力分布变化的盾构隧道计算模型
• 3.1 计算模型的建立
• 3.2 计算模型解析解的推导
• 3.4 求解流程及思路
• 3.5 本章小结
• 第4章 工程对比分析及应用研究
• 4.1 盾构隧道结构计算模型比较分析
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 均质圆环模型中弯曲刚度有效率和土体抗力系数的影响分析
• 4.1.3 均质圆环模型与弹性铰圆环模型对比
• 4.1.4 均质圆环模型与双环梁-弹簧模型对比
• 4.2 本文解析解模型与数值方法的对比分析
• 4.2.1 计算模型的建立及结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 存在问题及研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间科研情况
• 1 发表论文
• 2 科研活动
• 致谢