【摘要】：伴隨著TBM隧道在我國的快速發(fā)展,TBM隧道在地層中的穩(wěn)定性問題顯得尤為重要,尤其是在以重慶地層為特點的廣大復(fù)合地層地區(qū)。TBM隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到周圍地層環(huán)境、自身結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)等多重因素的影響,目前還沒有成熟的理論成果,只能參照盾構(gòu)隧道經(jīng)驗對TBM隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,但為了保證襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性,一般設(shè)計時偏于保守,造成了巨大的浪費。因此本文針對以重慶地質(zhì)為特點的復(fù)合TBM隧道襯砌結(jié)構(gòu)縱向穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。論文主要從襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響因素和不同模型方法兩條路線進(jìn)行了研究。包括在梁-彈簧模型的基礎(chǔ)上對梁-彈簧模型進(jìn)行修正研究,對接頭抗彎剛度、地層抗力系數(shù)、側(cè)壓力系數(shù)以及管片拼接方式等影響襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了分析;另外,在對TBM隧道襯砌管片穩(wěn)定性的另一研究方法-縱向等效連續(xù)化模型進(jìn)行了理論性推導(dǎo)和有限元數(shù)值模擬驗證,主要是把反映管片橫向性能的橫向剛度有效率考慮進(jìn)縱向等效連續(xù)化模型中。論文的主要研究如下:(1)針對梁-彈簧模型在模擬實際管片結(jié)構(gòu)時存在的一些問題,結(jié)合梁-接頭不連續(xù)模型和殼-彈簧模型的理論基礎(chǔ)得到了一種改進(jìn)的、以梁-彈簧模型為基礎(chǔ)的新模型:修正梁-彈簧模型。主要創(chuàng)新點為在接頭上采用梁-接頭不連續(xù)模型的雙節(jié)點形式以解決其實際受力的不連續(xù)性問題,在接頭彈簧上引入徑向和切向抗彎剛度以及剪切剛度理論。(2)通過模擬外徑6m級和10m級的TBM隧道襯砌管片接頭在不同荷載作用下力學(xué)性能,找到荷載、管片接頭轉(zhuǎn)角與接頭抗彎剛度之間關(guān)系曲線,以此對管片接頭處彎曲剛度進(jìn)行研究。在橫向軸力一定時,彎矩(正負(fù)彎矩的絕對值)會使管片接頭轉(zhuǎn)角增大,當(dāng)M較小時抗彎剛度K_θ基本趨于穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)M增加到一定數(shù)值時抗彎剛度K_θ逐漸變小并在一定數(shù)值趨于穩(wěn)定;另外,軸力對接頭抗彎剛度有增強(qiáng)作用。對θ-M曲線采用切線法原理獲取抗彎剛度K_θ的取值范圍。(3)通過對影響TBM隧道襯砌管片穩(wěn)定性的地層因素和拼裝方式進(jìn)行研究得知,地層抗力系數(shù)、側(cè)壓力系數(shù)以及管片拼裝方式對TBM隧道襯砌管片穩(wěn)定性都有一定的影響,分析了以上各種因素對其穩(wěn)定性影響的規(guī)律和程度。(4)采用理論推導(dǎo)與有限元數(shù)值模擬驗證對比的方法,得到了橫向剛度有效率與縱向等效剛度之間關(guān)系曲線及公式,以及橫向剛度有效率對縱向等效彎曲剛度影響程度;通過有限元數(shù)值模擬驗證了考慮橫向剛度后采用縱向等效連續(xù)化模型分析管片結(jié)構(gòu)縱向穩(wěn)定性的準(zhǔn)確性。
[Abstract]:With the rapid development of the TBM tunnel in China, the stability of the tunnel in the formation becomes more and more important, especially the stability of the lining structure of the tunnel is affected by the surrounding stratigraphic environment in the complex formation area characterized by Chongqing formation. The influence of many factors, such as the form of its own structure and the construction technology, is not mature at present, so it can only design the lining structure of TBM tunnel according to the experience of shield tunnel, but in order to ensure the long-term stability of the lining structure, General design is conservative, resulting in a huge waste. Therefore, the longitudinal stability of composite TBM tunnel lining is studied in this paper. This paper mainly studies the influence factors of lining structure stability and two routes of different model methods. Based on the beam-spring model, the modification of the beam-spring model is carried out, and the factors affecting the stability of lining structure, such as joint bending stiffness, formation resistance coefficient, lateral pressure coefficient and segment splicing mode, are analyzed. The longitudinal equivalent continuum model, another research method for the stability of lining segments of TBM tunnel, is theoretically deduced and verified by finite element numerical simulation. The efficiency of lateral stiffness which reflects the transverse performance of segments is considered in the longitudinal equivalent continuum model. The main research contents are as follows: (1) aiming at some problems existing in the beam-spring model in simulating the actual segment structure, an improved method is proposed based on the theory of beam-joint discontinuity model and shell-spring model. A new model based on beam-spring model: modified beam-spring model. The main innovation is to adopt the two-node form of beam-joint discontinuous model to solve the discontinuity problem of the actual force on the joint. The theory of radial and tangential bending stiffness and shear stiffness is introduced into the joint spring. (2) by simulating the mechanical properties of TBM tunnel lining segment joints of 6m and 10m outer diameters under different loads, the loads are found. In order to study the bending stiffness of segment joint, the curve between the corner angle of segment joint and the bending stiffness of joint is obtained. When the transverse axial force is constant, the bending moment (the absolute value of positive and negative moment) will increase the turning angle of the segment joint, and when M is small, the bending stiffness K _ 胃 tends to be stable. When M increases to a certain value, the bending stiffness K胃 decreases gradually and tends to be stable at a certain value, in addition, the axial force enhances the bending stiffness of the joint. The value range of bending stiffness K _ 胃 is obtained by using tangent method for 胃 -M curve. (3) by studying the formation factors and assembling methods that affect the stability of TBM tunnel lining segment, it is found that the formation resistance coefficient is obtained. The lateral pressure coefficient and the assembling mode of segment have certain influence on the stability of TBM tunnel lining segment. The law and degree of the influence of the above factors on the stability are analyzed. (4) the method of theoretical derivation and finite element numerical simulation is used to verify the stability of TBM tunnel lining segment. The relationship curve and formula between the efficiency of transverse stiffness and the longitudinal equivalent stiffness are obtained, and the influence of the efficiency of transverse stiffness on the longitudinal equivalent bending stiffness is also obtained. The accuracy of using longitudinal equivalent continuum model to analyze the longitudinal stability of segment structure is verified by finite element numerical simulation.
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U451.4

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本文編號：2176721