盾构法隧道错缝拼装衬砌受力机理的研究

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1、同济大学博士学位论文盾构法隧道错缝拼装衬砌受力机理的研究姓名：黄钟晖申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：侯学渊;刘国彬2001.10.1摘要本文首先对错缝拼装衬砌的三维受力性态进行分析，研究了错缝衬砌的受力特点以及环间剪切力的传递规律。错缝拼装衬砌的最主要受力特点是：转移弱者(接头)的负担到强者(管片体)上，从而减少接头的变形。故采用错缝拼装方式的隧道可获得较好的整体刚度。j一，从三维分析可知，错缝拼装衬砌的环间剪切力传递主要通过三个途径实现，一是环缝处两个环面之间的摩擦：二是纵向连接螺栓的销

2、栓作用；三是环缝凹凸榫的接触咬合作用。本文对这三个传递途径均建立了相应的剪切模型。根据这些模型，可以计算得到错缝衬砌二维分析所需的环间剪切参数。接头存在是盾构法装配式衬砌的主要特征，在错缝拼装衬砌的受力中，管片接头刚度的大小直接影响着错缝拼装衬砌的环间剪力传递以及弯矩分配，对于衬砌受力分析而言是～个十分重要的参数。同时，接缝的张开、连接螺栓以及接缝处接头面的受力状态是判断接头是否安全的主要依据。为此，本文建立了平面型纵缝接头的力学模型，根据该模型除能得到衬砌二维计算所需的接头M_0曲线外，还能分析接

3、头面的受力状态并得到接缝的张开值、螺栓受力。此外，还进行三维有限元计算来验证该接头模型。本文所建立的错缝衬砌二维计算模型用三种剪切弹簧来分别模拟环间剪切力的三种传递途径。，经对比分析，该二维模型的计算结果和三维有限元计算结果比较接近。最后，本文用壳单元模拟管片体、用多种弹簧分别模拟接头效应，由此建立了三维骨架模型，并且利用该模型对错缝隧道的纵向变形进行了分析。关键词：盾构法隧谴r’隧道衬砌、管片管片衬砌纵缝接头1’环缝接头错缝通缝隧道纵向变形。ABSTRACTA3Dfiniteelementstru

4、cturalmodelwasbuiltinthisthesisinordertoresearchontheload-bearingbehaviorofstagger-jointedsegmentalliningsofshield-tunnelandtomakeitclearhowsheartransfersbetweenadjacentsegmentalrings．Accordingtosucharesearch，themainload-bearingbehaviorfeatureofstagger

5、-jointedsegmentalliningsisSOcalled‘'transfertheburdenfromweakones(segmentjoints)tos订ongones(segmentsthemselves)andmaketheweakonesdeformless”．Segmentalliningswhichbuiltinstagger-jointedmodehaveamorereason曲lestiffness．Accordingto3Danalysis，itisknownthats

6、heartransferbetweenringsalecarriedoutbythreeways．Firstisfrictionbetweenringjointfaces；Secondisdoweleffectofcircumferentialbolts；Thirdiscontact-holdeffectoftongue—and-groove．Inthisthesis，ringjointshearmodelswerebuiltforeachsheartransferway．Shearparamete

7、rsbetweentingsneededin2DanalysisCallbeobtainedbythoseshearmodels．nleexistentofjointisthemainfeatureofshield-tunnelsegmentallinings．Rigidityofsegmentjointhascloserelationwithsheartransferandmomentdistributionbetweenringsinstagger-jointedsegmentallinings

8、，SOitisallimportantparameterinlininganalysis．Furthermore，openofsegmentjoints，stretchofconnectedboltsandcontactstressdistributiononjointfacesarethemainpointswhichdecidewhetherornotthejointissafe．AplanejointmodelWasbuiltinthisthesis．Byusi