據(jù)統(tǒng)計,我國碳酸鹽巖分布面積高達國土面積的三分之一,在城市化全面而迅速發(fā)展的背景下,灰?guī)r地區(qū)城市軌道交通建設(shè)的工程問題日益凸顯。由于灰?guī)r地層巖溶狀況復(fù)雜多樣,加上地鐵建設(shè)中廣泛應(yīng)用的盾構(gòu)技術(shù)在封頂塊位置的設(shè)置上仍缺乏規(guī)范和依據(jù),對于全斷面位于灰?guī)r地層的盾構(gòu)隧道,很難在設(shè)計階段憑借勘察資料通過計算制定出一整套完備的管片拼裝方案。因而,對于施工過程中如何針對實際地質(zhì)狀況合理調(diào)整管片拼裝方案的問題,盾構(gòu)隧道不同拼裝方案的襯砌性能研究具有十分重要的意義。鑒于此,本文開展了如下的研究工作:關(guān)于灰?guī)r地層非巖溶發(fā)育區(qū)不同拼裝方案的性能研究,本文按照“左右對稱、兩環(huán)一循環(huán)”的原則,通過拼裝點位的控制制定各種拼裝方案,再利用巖土通用有限元軟件Midas GTS NX建立三維有限元模型進行模擬分析。研究結(jié)果顯示:襯砌管片在接頭位置都會出現(xiàn)一定程度的應(yīng)力集中,與錯縫拼裝相比,通縫拼裝在接頭處的應(yīng)力集中程度更高;對于襯砌管片接縫處的徑向錯臺,錯縫拼裝在各試驗方案中的性能差異相對較小,而通縫拼裝則很大程度上受拼裝點位影響,但錯縫拼裝條件下臨近隧道拱底或拱腰的T形接縫容易出現(xiàn)較大的徑向錯臺,是接縫防水工程需要關(guān)注的薄弱區(qū)。關(guān)于灰?guī)r地層巖溶發(fā)育區(qū)不同拼裝方案的性能研究,本文先對隧道下方或側(cè)邊較為可能出現(xiàn)的巖溶工況進行初始地應(yīng)力分析,根據(jù)初始應(yīng)力分析結(jié)果制定巖溶區(qū)管片拼裝試驗方案,對不同巖溶工況下的不同拼裝方案進行研究。研究結(jié)果顯示:溶洞尺寸增大或距離減小都加劇其對隧道圍巖初始應(yīng)力的影響,且兩者對隧道襯砌結(jié)構(gòu)變形、位移及接縫狀況的影響都很相似;溶洞的發(fā)育會導(dǎo)致上部巖土體發(fā)生卸載,兩側(cè)巖體則發(fā)生應(yīng)力集中,因而當溶洞位于隧道下方時,隧道圍巖初始應(yīng)力受到溶洞的影響越大,隧道整體變形越小,而當溶洞位于隧道側(cè)邊時情況則剛好相反;溶洞的發(fā)育影響隧道上下或左右兩側(cè)圍巖的初始應(yīng)力差,因而對隧道整體位移也有所影響;襯砌管片不同的拼裝方式影響襯砌結(jié)構(gòu)各部位與圍巖的剛度分配,具體不同巖溶條件下各方案在變形、位移、接縫等方面的性能文中也做了詳細的對比。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U455.43
【部分圖文】：

（b）中國巖溶環(huán)境地質(zhì)分布圖 1-1 國內(nèi)外巖溶地質(zhì)分布圖溶巖分布地區(qū)修建隧道工程，常見工程問題有：1）巖溶發(fā)育復(fù)雜，溶洞及暗河上下交錯迂回、通道發(fā)達，或是遇到大型溶洞廳長寬可達百米、高達幾十米），使施工艱巨、處理異常困難。2）溶洞發(fā)育區(qū)巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育易于破碎，或溶洞填充物松軟，在施工塌。3）施工過程中遭遇水囊或者暗河造成巖溶水突涌或泥沙涌流，淹沒坑道、響隧道施工進度，嚴重時甚至造成重大人員傷亡。中，巖溶水突涌是施工過程中最常見、最嚴重的一種地質(zhì)災(zāi)害和安全隱患成人員傷亡，還可能引起地面塌陷和地面沉降、造成水資源流失和枯竭、等。即使是已經(jīng)投入運營的隧道，巖溶水滲漏和突涌也時有發(fā)生[14, 15]。

圖 2-1 盾構(gòu)隧道管片拼裝效果圖2.3 模型建立Midas GTS NX 是針對巖土及隧道結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計而開發(fā)的巖土隧道結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件，程序提供了摩爾庫倫（Mohr-Coulomb）、修正摩爾庫倫（ModifiedMohr-Coulomb）、鄧肯-張（Duncan-Chang）等十來種本構(gòu)及自定義本構(gòu)模型，并支持應(yīng)力分析、動力分析、滲流分析、應(yīng)力-滲流耦合分析、邊坡穩(wěn)定分析、襯砌分析和設(shè)計功能，被廣泛應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)、隧道、巖土、水工、地質(zhì)、礦山等方面的科研與工程評估。本章采用 Midas GTS NX 對位于灰?guī)r地層的盾構(gòu)隧道進行三維建模，分析比較管片在各種組合形式下襯砌結(jié)構(gòu)在各方面的性能。2.3.1 工程背景2.3.1.1 工程概況

（a） （b）圖 2-4 Mohr-Coulomb 模型在應(yīng)力空間的屈服面2.3.3.2 材料計算參數(shù)根據(jù)廣州地鐵九號線某一區(qū)段的勘察報告及設(shè)計資料，本文所建模型的巖土材料及盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)材料參數(shù)見表 2-2：表 2-2 巖土材料及盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)表名稱天然重度 （ēN ）層厚（m）粘聚力 （kPa）內(nèi)摩擦角 （°）泊松比彈性模量 （MPa）素填土 20.7 3.2 18 14 0.33 19細砂 20.4 3.3 0 28 0.25 25粉質(zhì)黏土 18.9 2.1 20.4 9.7 0.32 19中砂 20 3.5 0 31 0.23 37

【參考文獻】

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本文編號：2834252