不同因素导致的差异沉降对盾构隧道受力特性影响研究

作     者：石钰锋 胡梦豪 周宇航 黄大维 黄展军 陈焕然 SHI Yufeng;HU Menghao;ZHOU Yuhang;HUANG Dawei;HUANG Zhanjun;CHEN Huanran

作者机构：华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 华东交通大学江西建筑设计院有限公司江西南昌330013 南昌轨道交通集团有限公司江西南昌330199 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42177162) 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第21卷第4期

页      码：1521-1532页

摘      要：盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全。然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧道下卧软硬突变地层等工况的模拟也较为缺乏。为此,提出一种可同时模拟抗拉、抗弯刚度的“弹簧+螺栓型”接头,并以此接头制作可满足纵向力学性能相似的隧道模型,对盾构隧道进行下卧软硬突变、局部堆载等工况下的模型试验,进一步探明不同因素导致的差异沉降对盾构隧道的影响机理,并采用数值模拟验证了试验的可行性。研究结果表明:1)较单一地层而言,隧道下卧软硬突变时纵向沉降曲线呈现明显的非线性,其隧道沉降及差异沉降最值显著增大,软土侧隧道沉降较硬土侧更为显著,最大沉降、沉降差均出现在突变区软土侧衬砌处;2)下卧地层突变导致隧道横向收敛变形在纵向上分布不均,使软土侧衬砌收敛变形减小,硬土侧衬砌收敛变形显著增大;3)局部堆载对管片弯矩分布影响较小,对弯矩最值影响较大;4)下卧软土区隧道结构内力分布明显变异,隧道衬砌正弯矩区域显著增大,负弯矩区域略有减小,且弯矩最值提升显著。因此针对软硬突变地层,必要时在硬土侧隧道可采用粘钢法等方法提升衬砌横向刚度,以控制其收敛变形;软土侧隧道建议对管片进行螺栓复紧,并加强接缝防水,以减小下卧地层弱化对隧道结构产生的不利影响。

主 题 词：盾构隧道 模型试验 等效刚度 差异沉降 纵向接头 

学科分类：081406[081406] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20230943

馆 藏 号：203127614...