本文選題：盾構(gòu)隧道 + 先隧后井　； 參考：《華南理工大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：各類工程盾構(gòu)隧道施工過程中,常遇到盾構(gòu)機需通過豎井或者車站基坑的情況,盾構(gòu)機每過一個基坑就涉及到盾構(gòu)機進(jìn)出洞的問題,如果采用先開挖豎井后施工隧道的常規(guī)方案,需要采用大量的進(jìn)出洞輔助措施,風(fēng)險大,施工工期也長,尤其在電力盾構(gòu)隧道工程中,因工作井之間距離較短,上述問題更為凸顯。為此,近年來工程界嘗試采用先隧道施工后工作井開挖的先隧后井施工法。針對先隧后井施工法特點,論文在該工法前期研究工作的基礎(chǔ)上,采用室內(nèi)足尺試驗、數(shù)值模擬及理論推導(dǎo)相結(jié)合的方法對盾構(gòu)隧道先隧后井施工中的常見問題及其對策進(jìn)行深入細(xì)致的研究,得到一些有益的結(jié)論。主要工作及研究成果如下:進(jìn)行了室內(nèi)管片足尺抗彎荷載試驗,得到相應(yīng)的荷載—位移曲線,以此為基礎(chǔ),反分析計算獲取理論求解采用的曲梁管片剛度與數(shù)值計算中不同精度殼、實體管片單元等效剛度。考慮土層—結(jié)構(gòu)相互作用,建立三維精細(xì)襯砌環(huán)試驗?zāi)Ｐ秃腿S殼—彈簧試驗?zāi)Ｐ?計算了管片橫向抗彎剛度有效率,探討了錯縫拼裝及地層作用對管片剛度有效率的影響,為后續(xù)考慮橫向特性隧道縱向變形與管片張開量計算做準(zhǔn)備。研究表明:理論計算曲梁管片和論文模擬管片用的殼、體單元實際剛度占管片理論剛度的等效百分比為8%~34.9%;典型珠三角軟土層中,國內(nèi)常用的盾構(gòu)管片橫向抗彎剛度有效率為0.6,考慮錯縫拼裝影響后橫向剛度有效率為0.71,錯縫拼裝使剛度有效率增加了17.5%;隧道周邊圍巖對隧道結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生了顯著的影響,管片豎向位移與水平位移比值隨土層抗力的增大而增大,兩者近似呈線性關(guān)系,說明單純從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)的模型試驗和理論推導(dǎo)中假定管片水平與豎向變形相同存在不足。對盾構(gòu)隧道先隧后井施工過程進(jìn)行了三維彈塑性模擬,從管片張開量、緊鄰鐵路受擾動程度和工作井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)控制內(nèi)力三方面作對比分析,開展了盾構(gòu)入工作井方案比選,明確了先隧后井施工方案相對更優(yōu);在此基礎(chǔ)上,針對常規(guī)工作井提出了先隧后井施工法主要存在縱向變形張開的問題。而后分析了管片環(huán)縫張開分布規(guī)律及其主要的影響因素,且根據(jù)先隧后井施工法特點,通過正交試驗,開展了工作井基坑支護(hù)方案優(yōu)化研究。結(jié)果表明:先隧后井施工引起管片環(huán)縫張開范圍主要體現(xiàn)在靠近工作井5環(huán)管片長度內(nèi),施工防滲分析可著重考慮近工作井4個接頭處;管片張開量受圍巖剛度、基坑降水及地震作用影響顯著,先隧后井盾構(gòu)施工時可通過洞口局部加固來有效地控制管片張開;通過正交試驗優(yōu)化得到了更為科學(xué)合理的工作井基坑支護(hù)方案。在上述管片室內(nèi)試驗與數(shù)值試驗結(jié)果基礎(chǔ)上,結(jié)合已有研究成果,推導(dǎo)了考慮隧道橫向性能與地層抗力作用的盾構(gòu)隧道縱向等效連續(xù)化模型,進(jìn)而計算得到典型廣州地區(qū)地質(zhì)條件下盾構(gòu)隧道縱向剛度有效率為0.094,約為1/10.6。然后根據(jù)雙面彈性地基梁理論推導(dǎo)得到隧道縱向變形和環(huán)縫張開量計算公式,彌補了現(xiàn)有研究中縱向變形計算存在的不足。通過盾構(gòu)隧道實例的縱向變形和環(huán)縫張開量理論計算值與數(shù)值計算結(jié)果對比表明,論文提出的隧道縱向變形和張開量計算方法具備合理性。針對先隧后井施工的電力隧道,提出一種無內(nèi)支撐、節(jié)約高效的圓形簡易工作井建設(shè)思路。開展了簡易工作井與常規(guī)方案對比分析,借助有限元軟件分析開口環(huán)管片變形對簡易工作井參數(shù)的敏感性。以彈性力學(xué)基本理論為基礎(chǔ),提出了開口環(huán)管片變形的理論計算方法,此外探討了簡易工作井結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)。研究結(jié)果表明:簡易工作井施工工藝、可行性及對周圍環(huán)境影響等方面均優(yōu)于常規(guī)工作井,其造價僅為常規(guī)方案的7%,極大節(jié)約了成本;簡易工作井施工過程中,局部管片破除形成了開口的非穩(wěn)定結(jié)構(gòu),導(dǎo)致管片變形顯著增大,影響范圍主要體現(xiàn)在開口環(huán)及其兩側(cè)4環(huán)管片上,故施工時需對開口環(huán)及受影響明顯的4環(huán)管片設(shè)置臨時支撐,以確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定;開口環(huán)變形受工作井壁厚與周圍軟弱土層影響明顯,其最大位移值隨井壁厚度的增加近似呈二次方增長,而井的直徑與管片開口環(huán)數(shù)則對管片變形影響較小,工作井尺寸應(yīng)在滿足整體剛度與凈空要求的前提下不宜取大;理論計算開口環(huán)管片變形與數(shù)值計算結(jié)果較為吻合,說明開口環(huán)管片變形理論計算思路可行,可用于變形預(yù)測;簡易工作井應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:(1)井內(nèi)管片拆除及開口管片臨時支撐設(shè)計;(2)盾構(gòu)隧道與工作井基坑連接處局部管片(洞口段管片)及連接接頭設(shè)計;(3)開口環(huán)管片與基坑主體結(jié)構(gòu)連接防水方案。
[Abstract]:In the course of construction of shield tunnel of various types , it is often encountered that the shield machine needs to pass through shaft or station foundation pit . Based on the theory of elastic mechanics , the paper puts forward a more scientific and reasonable method to calculate the longitudinal deformation of shield tunnel .
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U455.43

【參考文獻(xiàn)】

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1 付W，

本文編號：2071101