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盾构隧道施工安全的若干问题研究

董明钢

  本文通过整合可靠度、有限元和组合数学等理论并结合数值计算技术,提出了一种可靠度分析计算的模型与方法。在将该方法成功地应用于盾构隧道施工实践的过程中,不但对工程实例给出了定量分析,同时也展现了这种计算方法的实用性。本文的研究主要涉及到了3个方面:一、可靠度分析关键技术研究该部分的主要研究工作有二:其一是提出了一种可对实际工程进行可靠度分析的方法。该方法利用有限元计算得到计算区域内各处的应力和应变,利用组合数学中的Dijkstra算法确定计算区域内的潜在最危险破裂面,利用数值计算方法通过R—F变换将各个随机变量当量正态化,最终利用可靠度理论进行计算分析,并编制了相应的程序,为地下工程的安全性研究分析提供了一种新的选择。其二是在地层损失的数值模拟研究。笔者根据地层损失的定义,通过折减盾构隧道衬砌的弹性模量来模拟实际盾构施工过程中发生的地层损失,并结合工程实例给出了地层损失和衬砌弹性模最折减量之间的函数关系,为本文以后的研究工作奠定了基础。二、盾构管片破裂现象可靠度分析按照本文所整合的可靠度计算分析方法,本部分针对在盾构隧道施工过程中时常发生的盾构管片破裂现象进行了计算分析。得到了相应的可靠度指标和各随机变量的敏感系数,并给出了各随机变量的变异系数对可靠度指标及各随机变量敏感系数的影响图。本部分所得到的结果能够定量解释目前工程中常见的管片开裂现象,并通过定量分析得到结论:撑靴推力大小、撑靴偏心距离和混凝土抗拉强度是引起预制盾构管片在拼装过程中破裂的主要因素。三、上下交叠隧道间土体稳定性可靠度分析根据已有的有关地层损失资料,对其中的相关数据进行假设检验分析,得出了‘不能否认地层损失符合正态分布’这一结论。在此基础上,同样按照本文所整合的可靠度计算方法,对上下交叠隧道间土体的稳定性进行了计算分析。通过计算得到了交叠隧道间土体稳定性的可靠度指标和各个随机变量的敏感系数,并给出了各随机变量的变异系数对可靠度指标及各随机变量敏感系数的影响图。研究结果对实际施工过程中所采取的部分施工措施(注浆、严格控制施工参数等)给出了定量解释,同时得到与上海地区工程经验相吻合的定量结论:地层损失、加固土体的内聚力的离散程度对交叠隧道间的土体强度影响较大,加固土体内摩擦角的影响要小于前两个随机变量。……   
[关键词]:盾构隧道;可靠度;破裂;地层损失;管片;交叠隧道;土体稳定
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:同济大学2005年