高水压盾构衬砌管片和密封垫力学特性研究

发布时间：2021-11-13 15:26

　　盾构法凭借适用性好、安全性高、施工速度快、施工质量易控制等特点成为了水下隧道修筑的主流工法之一。水下盾构隧道受水压作用影响大,特别是高水压盾构隧道,易产生渗漏、侵蚀等现象,影响隧道的正常使用甚至对整体安全性造成严重影响。因此,高水压盾构隧道的结构受力和防水问题是设计中关键一环。本文以小浪底引黄工程引水干线隧洞盾构段为工程背景,采用壳-弹簧模型对不同水压下衬砌管片进行结构内力计算,并从横向和纵向角度分析管片内力分布规律;调查研究国内外接缝防水主流形式,参考相关工程经验,初步设计了防水密封垫截面;对比不同材料硬度和截面开孔形式及填充率的密封垫数值计算结果,得到相应的防水能力和闭合压力变化规律。本文主要研究内容及结论如下:（1）采用壳-弹簧模型分析对了不同水压下管片断面内力以及偏心距沿横向和纵向的变化规律。发现随水压的升高,管片受力越稳定,同时管片断面内力沿纵向的不均匀性逐渐减弱。（2）调查研究国内外密封垫材料和管片接缝防水形式,小浪底引黄工程管片宜采用单道弹性橡胶密封垫防水,并初步设计了六种不同开孔形式的备选断面。（3）对比分析同一截面不同硬度的密封垫计算结果,密封垫的闭合压力和防水能力与... 

【文章来源】：石家庄铁道大学河北省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

管片拼装位置示意图

程设计中多采用均质圆环模型、多铰圆环模型、梁-弹簧模型的横向内力计算，这些方法较为实用，但不能体现盾构管片布规律。为得到高水压盾构管片横向内力沿隧道横向和纵向中采用 ANSYS 有限元计算软件建立管片的三维壳-弹簧模型片的指定单元的计算结果，分析并总结出管片内力变化规律壳-弹簧数值模型单元簧模型中，将盾构隧道衬砌管片看做圆柱壳，每个壳之间由弹。在划分单元时，将每个圆柱壳划分为大量矩形平板状单元形壳单元拼合，可以近似的模拟原来的圆柱壳结构。而随矩多，以及本身大小的减少，近似程度越高，数值模拟所得的整体坐标系的 x′、y′、z′与局部坐标系 x、y、z 的定义如图 2-1 形壳单元有四个节点（i、j、m、p），各个节点的自由度均有

y、z 中的相对位移来表示。系的定义如下：y 轴为沿两壳单元间的等分角方向，正向指向 y 轴正交的方向，正向为顺时针方向；z 轴沿隧道轴向，且与交并符合右手法则。如图 2-2 所示，环向接头的每个节点都应轴、z 轴的线位移和绕 z 轴的角位移。接头转动效应，由于螺栓靠近管片内侧，因此在承受正弯矩时

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于接头抗弯刚度非线性的壳-弹簧-接触-地层模型的建立[J]. 徐国文,王士民,汪冬兵.  工程力学. 2016(12)
[2]隧道管片接缝密封垫防水机理及试验研究[J]. 董林伟,江玉生,杨志勇,程晋国,刘超群,张加健.  岩土工程学报. 2017(03)
[3]盾构隧道管片接缝密封垫防水技术的现状与今后的课题[J]. 朱祖熹.  隧道建设. 2016(10)
[4]盾构隧道纵向变形附加内力的壳-弹簧-接触模型数值分析[J]. 苏宗贤,何川.  现代隧道技术. 2015(06)
[5]水下盾构隧道弹性密封垫防水失效数值模拟研究[J]. 王湛.  隧道建设. 2015(11)
[6]盾构隧道橡胶密封垫力学性能试验及数值分析[J]. 欧阳文彪.  隧道建设. 2013(11)
[7]盾构隧道衬砌结构的壳–接头模型研究[J]. 彭益成,丁文其,朱合华,赵伟,金跃郎.  岩土工程学报. 2013(10)
[8]大断面水下盾构隧道管片接头抗弯刚度及其对管片内力影响研究[J]. 郭瑞,何川,封坤,肖明清.  中国铁道科学. 2013(05)
[9]超高水压大直径盾构隧道管片接缝防水设计与试验研究[J]. 拓勇飞,舒恒,郭小红,丁文其,王建.  岩土工程学报. 2013(S1)
[10]修正惯用法中弯曲刚度有效率的影响因素分析及计算方法[J]. 彭益成,丁文其,闫治国,黄星程,肖冰峰.  岩土工程学报. 2013(S1)

博士论文
[1]大型水下盾构隧道结构设计关键问题研究[D]. 肖明清.西南交通大学 2014
[2]大断面水下盾构隧道管片衬砌结构的力学行为研究[D]. 封坤.西南交通大学 2012
[3]盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究[D]. 周海鹰.大连理工大学 2011
[4]基于壳—弹簧模型的盾构衬砌管片受力特性研究[D]. 黄正荣.河海大学 2007

硕士论文
[1]盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究[D]. 赵青.西南交通大学 2017
[2]大断面海底盾构隧道管片接缝防水试验研究[D]. 高楠.北京交通大学 2016



本文编号：3493259