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考虑截面椭圆化的上跨基坑开挖诱发盾构隧道纵向变形差分解
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作者 邓文武 黄大维 +1 位作者 宋仪 张志伟 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1120-1130,共11页
为解决现有基坑上跨开挖诱发既有盾构隧道纵向变形简化解中往往忽略其横截面椭圆化的不足问题,借助两阶段分析法基于修正Mindlin应力解计算开挖卸荷引起的附加应力,并将既有隧道建模为Pasternak地基上的Euler短梁-弹簧模型,同时基于严... 为解决现有基坑上跨开挖诱发既有盾构隧道纵向变形简化解中往往忽略其横截面椭圆化的不足问题,借助两阶段分析法基于修正Mindlin应力解计算开挖卸荷引起的附加应力,并将既有隧道建模为Pasternak地基上的Euler短梁-弹簧模型,同时基于严格的隧道横截面椭圆化参数方程推导其环间接头转动刚度计算公式,提出考虑横截面椭圆化的上跨基坑开挖诱发在役盾构隧道纵向非连续变形差分解。通过2个工程案例对纵向非连续变形差分解的合理性进行验证,并进一步研究隧道环间接头刚度和纵向加固环数对其纵向变形的影响。研究结果表明:1)纵向非连续变形差分解预测的隧道隆起变形与实测值间具有较好的一致性;忽略隧道横截面椭圆化会导致对其隆起位移和环间张开量的低估以及环间错台量的高估,但当基坑开挖面积较大时,截面椭圆化对隧道隆起位移影响较小,对环间变形影响不变。2)接头转动刚度的增加会减少隧道隆起位移和环间张开量,并增加环间错台量;而接头剪切刚度的增加会减少隧道隆起位移和环间错台量,并增加环间张开量。3)纵向加固能够有效降低上方开挖引起的隧道隆起位移,但加固环数的增加对进一步减少隧道隆起影响有限。 展开更多
关键词 上跨基坑开挖 盾构隧道 纵向变形 纵向梁-弹簧模型 隧道横截面椭圆化
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考虑接头非线性转动效应的盾构隧道纵向变形简化解
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作者 张志伟 郑刚 +4 位作者 程雪松 梁荣柱 杨海滨 赵静 仲志武 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1583-1594,共12页
纵向轴力和接头螺栓屈服会引起外荷载作用下盾构隧道环间接头转动刚度的显著非线性变化,现有盾构隧道纵向变形计算方法多是将隧道简化为具有恒定抗弯刚度的等效连续长梁,难以反映环间接头的非线性转动效应。首先,考虑盾构隧道横向性能... 纵向轴力和接头螺栓屈服会引起外荷载作用下盾构隧道环间接头转动刚度的显著非线性变化,现有盾构隧道纵向变形计算方法多是将隧道简化为具有恒定抗弯刚度的等效连续长梁,难以反映环间接头的非线性转动效应。首先,考虑盾构隧道横向性能和环间螺栓弹塑性行为,基于严格的隧道横断面椭圆参数方程推导其环缝分别处于弱拉弯、纯弯和压弯状态下的环间接头转动刚度计算公式;其次将盾构隧道沿纵向简化为一系列由非线性转动弹簧和线性剪切弹簧连接而成的Timoshenko短梁,同时采用沿隧道外壁均匀分布的法向和切向Winkler地基弹簧模拟土-隧道相互作用;然后借助状态空间法推导外荷载作用下盾构隧道纵向不连续位移解答,并提出轴向压力作用下隧道纵向变形迭代求解流程;最后通过对比已有理论方法和某基坑开挖引发下方盾构隧道纵向变形工程的实测结果验证所提方法的合理性,并基于某地表堆载诱发盾构隧道纵向变形的工程案例研究纵向轴力和横向刚度对隧道纵向变形的影响。研究结果表明:盾构隧道环间螺栓屈服会显著增大接头张开量和环缝的受拉面积;轴向压力的施加能够显著降低隧道因基坑卸荷引发的纵向位移、接头张开和环间错台变形。参数分析表明:随着纵向轴力由拉力增加为压力,既有隧道最大纵向位移和最大截面转角均逐渐减小,且减小速率先增大后减小,而最大接头张开量近似线性减小;既有隧道横向刚度的降低会导致其纵向位移和接头张开量的显著增加以及环间错台量的略微减小。 展开更多
关键词 盾构隧道 环间接头 非线性转动效应 纵向梁-弹簧模型 状态空间法
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考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解 被引量:5
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作者 梁荣柱 张志伟 +5 位作者 李忠超 符宇坤 曹世安 康成 肖铭钊 吴文兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期254-263,共10页
为反映外荷载下盾构隧道相邻环间张开和错台,提出考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解答。首先,引入纵向梁-弹簧模型模拟盾构隧道纵向受力变形,其中采用Timoshenko短梁考虑隧道环段变形,引入转动和剪切弹簧分别模拟环间接头转动... 为反映外荷载下盾构隧道相邻环间张开和错台,提出考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解答。首先,引入纵向梁-弹簧模型模拟盾构隧道纵向受力变形,其中采用Timoshenko短梁考虑隧道环段变形,引入转动和剪切弹簧分别模拟环间接头转动与错台。其次,构建弹性地基上纵向梁-弹簧模型的有限差分方程,以解决环间接头-管环非连续变形求解问题,并推导外荷载下既有盾构隧道的纵向变形公式。最后,建立新建隧道上穿和下穿引起既有盾构隧道的纵向变形解答,并与新建隧道上、下穿越工程案例及现有理论方法对比验证。研究结果表明:所提方法预测的隧道位移与Timoshenko连续梁模型,协同变形模型和实测数据均具有较好的一致性,但所提方法得到的环间错台略低于Timoshenko梁模型和协同变形模型;所提方法可考虑环间接头的影响,得到的隧道位移曲线呈现既不光滑也不连续的特征,其中环段变形以刚体位移为主,而环间接头主要发生转动和错台;而基于现有理论所得盾构隧道纵向位移均为连续曲线,无法反映环间接头的真实转动与错台位移。 展开更多
关键词 盾构隧道 纵向变形 环间接头 纵向梁-弹簧模型 接头张开 环间错台
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盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析 被引量:6
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作者 张志伟 梁荣柱 +3 位作者 李忠超 孙廉威 沈雯 吴文兵 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期88-98,共11页
盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错... 盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错台的简化纵向梁-弹簧盾构隧道模型(simplified longitudinal beam-spring shield tunnel model,简称SLBSM);其次,将在建隧道简化为Winkler地基上的SLBSM,采用状态空间法推导了非对称推力作用下盾构隧道纵向变形解析解答。通过与既有文献有限元及现有两种连续梁模型计算结果进行对比,验证了所提方法的可靠性和适用性,并对部分参数进行敏感性分析。研究结果表明:连续梁模型计算得到的隧道纵向位移表现为连续特征,而所提方法得到的隧道纵向位移表现为非连续特征,隧道纵向位移在接头处会发生突变;通过参数分析可知:增大接头转动刚度可有效降低隧道隆起和环间张开量;增大接头剪切刚度可有效降低环间错台量,但会导致隧道隆起和剪力的增加;增大地基刚度能显著降低隧道环间张开量和隆起,但会导致环间错台量的增加;管片始端轴力对隧道纵向变形的影响不可忽略,增大始端轴力能显著降低隧道隆起值、环间张开量和错台量。 展开更多
关键词 非对称推力 盾构隧道 纵向变形 纵向-弹簧盾构隧道模型 状态空间法
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