不均匀沉降对城市盾构隧道影响及预测研究

发布时间：2020-02-08 18:06

【摘要】：随着北京市地铁线路的不断增加,运营时间的不断增长,隧道病害问题越来越严重。尤其是北京机场线盾构隧道区间段渗漏水、裂缝、错台问题突出,为了能对病害进行有效的整治,必须了解病害的产生原因,作用机理等问题,因此,文章首先从机场线盾构隧道现场调研入手,针对渗漏水、裂缝、错台等病害出现的数量、位置、特征进行了检测和整理。通过分析发现,渗漏水主要集中在盾构隧道拱顶位置,裂缝主要出现在拱腰和拱顶位置,错台最严重的的位置主要在拱脚处。在对机场线病害分布特点进行分析后,发现造成盾构区间段病害高发的主要原因是隧道不均匀沉降。为了研究不均匀沉降对盾构隧道的影响,首先,在施工期和运营期两个方面分析了隧道不均匀沉降的原因。然后,利用ABAQUS有限元软件,依靠现场检测数据,建立了 32环三维盾构隧道模型,对不均匀沉降带给盾构隧道管片的影响进行应力分析。结果表明:(1)在没有发生沉降时,盾构隧道拱顶内侧和拱腰外侧受拉,拱腰内侧受压,隧道结构安全稳定;(2)当发生沉降,盾构隧道管片最大拉应力出现在错台量最大管片附近,沉降值达到20mm时,拱顶位置最大拉应力超过极限拉应力而致使拱顶内侧发生受拉破坏;(3)沉降值达到45mm时,拱腰内侧的最大压应力超过极限压应力值,出现受压破坏,同时,管片内螺栓也发生屈服破坏。最后,利用经验公式计算出不均匀沉降对盾构隧道在极限状态下的影响,和数值模拟结果进行对比分析,发现两者的计算结果十分接近,这个发现验证了数值模拟的准确性,文章提出了盾构隧道沉降的极限值50mm、报警值40mm、预警值35mm,并给出不同沉降值下对盾构隧道状态的预测。本文的创新点体现在:(1)在对隧道不均匀沉降数值模拟过程中,不仅考虑了纵向方向上的不均匀沉降,而且考虑了结构受外力后横向变形影响;(2)本文为了模拟出环内六个管片、环与环之间的错缝拼接、管片与螺栓之间的连接关系,建立了复杂的结构模型;(3)本文依托于"基于初始损伤北京地铁盾构隧道理论研究"项目,将数值模拟结果与工程实践相结合,确保结论的准确性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.43

【参考文献】