湛江湾跨海盾构隧道衬砌结构静力特性研究

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1、工程硕士学位论文湛江湾跨海盾构隧道衬砌结构静力特性研究作者姓名赵瑞工程领域建筑与土木工程校内指导教师杨小平副教授校外指导教师史海欧教授级高工所在学院土木与交通学院论文提交日期2018年5月StudyonStaticCharacteristicsofLiningStructureofZhanjiangBaySea-crossingShieldTunnelCandidate：ZhaoRuiSupervisor：Assoc.Prof.YangXiaopingProf.Sn.EngrShiHaiouSouthChinaUniversityofTechnologyGuangz

2、hou,China摘要近年来，随着盾构修建技术的日益成熟和机械设备的不断进步，我国跨海越江隧道的建设如火如荼，水下盾构隧道面临高水压、大埋深、长距离及海水环境下的耐久性等问题一直是学者们研究的重点。由于海底江底地质勘察难度大，且易受到降雨潮汐的影响，使得水下盾构隧道衬砌结构处于复杂的荷载状态，研究水下盾构隧道衬砌结构的力学行为，对评估结构的安全状态十分必要。尽管目前对水下盾构隧道的研究已取得大量成果，但在管片结构数值模拟方面仍存在较大改进空间。现有数值模型对管片的模拟多采用一维梁单元或二维壳单元，较难有效、真实地反映管片接头的细部构造；而采用三维实体单元建立的精细有

3、限元模型尚不多见。鉴于此，本文依托湛江湾跨海输水盾构隧道工程建立三维实体有限元模型，对管片整环力学性能、管片接头承载性能开展研究。本文主要研究内容及成果如下：（1）基于现场监测资料，分析了管片环受力钢筋在整个监测过程的应力变化。考虑错缝拼装条件下存在的三维耦合效应，建立“1个整环+2个半环”三维实体精细化有限元模型，将数值计算结果与现场监测数据对比，验证了模型的可靠性。（2）基于建立的有限元模型，研究了不同水压、不同地层侧压力系数、不同封顶块位置对盾构隧道整环力学性能的影响，分析了管片环拱顶、拱底、左右拱腰的关键点位移量和各接头接缝张开量及对应连接螺栓应力的变化规律

4、。（3）在上述模型的基础上，讨论了低外水位和高外水位条件下内水压作用对盾构隧道衬砌结构的受力及变形的影响，得到了管片环关键点位移量和各接头接缝张开量的变化规律。（4）针对水下盾构隧道管片纵缝不同的连接螺栓形式，建立了斜螺栓连接和弯螺栓连接的管片纵缝接头有限元模型，分析了不同轴力水平下管片接头的承载能力，并对比了两种连接螺栓的管片纵缝接头承载能力的差异，得出了管片接头接缝张开量随弯矩变化的规律。关键词：跨海盾构隧道；管片衬砌结构；力学行为；数值仿真IABSTRACTInrecentyears,withtheincreasingimprovementofshieldco

5、nstructiontechniquesandmechanicalequipment,theconstructionofChina'scross-seaorcross-rivertunnelsisinfullswing.Theproblemsofhighwaterpressure,largedepthofburial,longdistance,anddurabilityinseawaterenvironmentsfacingunderwatershieldtunnelshavebeenthefocusofscholars'research.Duetothediffi

6、cultyingeologicalsurveyinthebottomoftheriverbedanditsvulnerabilityofrainfall,theliningstructureofunderwatershieldtunnelsisincomplexstateofwaterandsoilloading.Itisnecessarytoevaluatethesafetystatusofthestructurebyresearchingonmechanicalbehaviorofliningstructureofunderwatershieldtunnel.A

7、lthoughthestudyofunderwatershieldtunnelhasbeendonealot,thereisstillmuchroomforimprovementinnumericalsimulationofsegmentstructures.Theexistingnumericalmodelusesone-dimensionalbeamelementortwo-dimensionalshellelementforthesimulationofthesegment,whichisdifficulttoeffectivelyandtrulyshow