28 / 2024-06-18 13:53:04

垂直顶升作用下盾构隧道力学特性模型试验研究

垂直顶升；盾构隧道；顶升反力；力学特性；模型试验；理论分析

垂直顶升法近些年得到了广泛的应用，顶升反力作用于隧道底部产生的影响是关乎土层结构安全、稳定的关键问题。为了探究盾构内垂直顶升施工对隧道力学特性的影响，依托典型工程，通过研制试验装置开展垂直顶升模型试验，揭示顶升过程扩散块反力的发展规律，探索顶升阶段盾构隧道衬砌结构与接头受力变形特性，并与理论计算对比分析。研究表明：顶升反力分布呈现出典型的非线性特征，主要经历土层破坏前的显增段、土层破坏后的显降段及后期的渐降稳定段。管片收敛变形经历显著增加→快速减小→缓慢下降→趋于稳定四个阶段，影响范围为开口环与相邻两环，顶升过程变形控制应结合位移特征重点考虑竖向加固。顶升阶段隧道纵向弯曲变形，最大张开量出现在开口环间，且因纵向荷载突变错动，最大错台量出现在开口环与相邻环间。隧道管片环缝张开和错台沿纵向衰减很明显，位移主要由管片本体变形组成，接头变形贡献很小。顶升力作用下拱顶和底内侧分别受拉、压，应力先增大后减小，拱腰上部表现为先压后拉，下部则受拉。顶升反力诱发管片应力扰动重分布，主要影响开口环以及相邻环，管片应力水平较低，结构未出现拉压损伤。研究成果得到了理论分析验证，改善了现有垂直顶升法研究明显滞后的现状，为垂直顶升工艺的应用和推广提供了科学依据。