基于堆载试验的隧道支护结构拱顶压力研究

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作者 罗元成 谌勇 +3 位作者 仇文革 陈吉辉 段东亚 罗杰 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第7期120-129,共10页

隧道设计理论认为较完整的岩体可以发挥岩体的自支撑能力,而对于松散体,普遍认为其完全没有自承能力,不可利用,只能当作重力荷载作用在结构上。为探究松散体的自承能力,进行原型堆载试验,结果表明:随着堆载体高度的变化,监测得到的支护... 隧道设计理论认为较完整的岩体可以发挥岩体的自支撑能力,而对于松散体,普遍认为其完全没有自承能力,不可利用,只能当作重力荷载作用在结构上。为探究松散体的自承能力,进行原型堆载试验,结果表明:随着堆载体高度的变化,监测得到的支护结构拱顶压力值小于松散荷载理论计算值,进一步结合数值模拟方法,也发现拱顶压力值小于理论值。通过分析松动压力产生的原因,并采用数值模拟分别对裸洞模型、劣化围岩+支护模型、散体+支护模型进行研究,得到拱顶压力沿竖直方向的变化规律,主要结论如下:(1)松散体重力并不完全作用于支护结构上,而是松散体与支护结构分担;(2)松散体在支护结构的支撑与组织作用下,其内部也可形成承载拱,岩体的重力荷载通过承载拱传递,使得围岩主应力方向发生偏转,竖向应力逐渐转化为沿拱轴线上的切向应力;(3)原型堆载试验表明,堆载高度为10 m时仅71%的自重荷载作用于支护结构,说明承载拱分担了上方岩体的部分重力,分担比例由围岩和支护的刚度决定,呈形变压力特征。因此,松散体也存在与支护的相互作用,考虑其承载能力可使设计更加经济。 展开更多

关键词 隧道工程 支护 堆载 拱顶压力 松散荷载 承载拱效应 形变压力

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城市小净距隧道运营期渗流场-应力场演变规律及防排水结构优化

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作者 陈子全 何川 +3 位作者 喻炳鑫 李铮 张航 刘冒佚 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1572-1582,共11页

复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法,基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗... 复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法,基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗流模型试验与数值模拟研究,揭示了衬砌水压力与围岩压力的演变过程,提出了一种基于排水量-结构安全性协同调控的地下水环境保护主动控制技术。研究结果表明:城市小净距隧道左右洞形成的降水漏斗在空间上部分重叠并相互影响,水压力在水平方向呈“W”形分布,随着埋深增大或减小逐渐演变为下凹弧形,其水平方向影响范围超过80 m。注浆圈对水压力与围岩压力的折减效果随着水头高度的增加而减弱,水头高度为30~50 m时注浆圈对总荷载的折减比例约为18.6%~40%。小净距隧道衬砌荷载分布呈现出显著的非对称性。强降雨过程中,衬砌荷载演变可划分为缓慢增长、快速增长、逐渐稳定3个阶段,高水压引发的二次衬砌开裂和突水灾害主要集中在拱腰、拱脚和隧道底部。高水压地段建议增设衬砌底部排水盲管,生态环境敏感区隧道地下水排放需采取主动调控技术,从而保护地下水环境的生态平衡。 展开更多

关键词 城市小净距隧道 运营期 渗流场-应力场 衬砌力学性能 防排水结构 主动调控

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穿越断层隧道抗震结构性能振动台试验分析 被引量：15

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作者 隋传毅 高波 +2 位作者 申玉生 王建西 信春雷 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期124-130,共7页

穿越断层的隧道工程在中国高烈度地震区域已经较为普遍。针对这一问题,通过振动台模型试验研究在地震作用下减震缝、内外套管结构与不设防三种隧道结构的动力响应特征与破坏形式。通过对比在水平向地震作用下的峰值加速度与截面内力,可... 穿越断层的隧道工程在中国高烈度地震区域已经较为普遍。针对这一问题,通过振动台模型试验研究在地震作用下减震缝、内外套管结构与不设防三种隧道结构的动力响应特征与破坏形式。通过对比在水平向地震作用下的峰值加速度与截面内力,可以看出:(1)减震缝显著降低穿越断层区结构截面内力,但结构水平加速度峰值较不设防区域则略微放大,进而有可能产生相对错动;(2)内外套管系统在穿越断层区域时,全设防区域的水平峰值加速度均有所降低,其外套管隧道在地震作用下截面受力与不设防隧道相似,进而发生破坏,但内套管隧道结构则拥有很高的生存率,保障隧道结构在大震过后仍能较好通行。为今后新型隧道抗震结构提出了设计参考。 展开更多

关键词 隧道工程 模型试验 振动台试验 抗震措施 水平地震 破坏形式

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大断面地铁车站隧道软弱围岩渐进破坏规律模型试验研究 被引量：8

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作者 孔超 侯志强 +3 位作者 朱晓雨 姚勇 王海彦 张俊儒 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期78-84,共7页

以贵阳市地铁2号线阳明祠车站为背景,采用室内模型试验模拟大断面地铁车站施工过程中隧道塌方破坏过程,明确施工期间大断面隧道塌方破坏过程机制,对比分析围岩和路面的变形。结果表明:通过围岩重力作用模拟隧道施工过程中塌方过程,与实... 以贵阳市地铁2号线阳明祠车站为背景,采用室内模型试验模拟大断面地铁车站施工过程中隧道塌方破坏过程,明确施工期间大断面隧道塌方破坏过程机制,对比分析围岩和路面的变形。结果表明:通过围岩重力作用模拟隧道施工过程中塌方过程,与实际塌方过程基本吻合,弥补了常规加载破坏的不足;围岩渐进破坏过程表现为裂隙出现-裂隙发展-裂隙贯通-围岩塌方,支护渐进破坏过程表现为变形缓慢增加-变形快速增加-裂缝快速发展-支护破坏;围岩渐进破坏与支护渐进破坏相互作用,共同发展;在实际施工过程中,当支护变形大幅增加时,应增加支护强度,同时还应及时注浆、打设长锚杆,以减缓围岩裂隙发展,阻断围岩渐进破坏过程。 展开更多

关键词 地铁车站 软弱围岩 隧道塌方 大断面 渐进破坏

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昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究 被引量：13

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作者 王志杰 周平 +4 位作者 徐海岩 侯伟名 雷飞亚 王李 刘川昆 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2017年第11期67-75,共9页

研究目的:西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层,因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设,因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研,通过现场采样、室内试验、数... 研究目的:西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层,因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设,因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研,通过现场采样、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段对昔格达地层隧道围岩灾变特征与致灾因子进行深入研究。研究结论:(1)隧道穿越昔格达地层出现灾变数量多,尤其出现拱顶沉降、水平收敛过大、仰拱隆起基底突泥和掌子面塌方等典型灾变模式;(2)昔格达地层隧道围岩含水率在0%~25%范围内时,拱顶沉降、水平收敛、仰拱隆起和掌子面挤出变形等位移变化趋势较为一致,开挖过程中随着含水率的逐渐增大,隧道围岩变形越来越明显,当含水率从25%渐变到30%时,各部位的位移变化急剧增大,含水率在30%时,隧道各部位的累积沉降值达到隧道灾变状态,因此可将含水率25%定为昔格达地层隧道灾变临界值,含水率30%定为昔格达地层隧道围岩灾变值;(3)通过建立灾变因子指标体系,构造判断矩阵并赋值,利用层次分析法确定各因子的权重,灾变源因子影响权重最大的为昔格达地层自身地质及岩体力学性质因子0.625 0,其次是水文地质因子0.238 5,水文地质因子主要为地下水指标影响最大;(4)本研究结论可为西南地区昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。 展开更多

关键词 昔格达地层隧道 含水率 灾变特征 灾变因子

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隧道洞口浅埋段管棚超前支护开挖进尺优化 被引量：12

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作者 满帅 孔超 王海彦 《铁道标准设计》 北大核心 2013年第10期108-111,132,共5页

山岭隧道矿山法施工循环作业的开挖进尺对该隧道工程局部乃至整体的施工安全性、经济性有着重大影响。针对使用管棚超前支护的隧道洞口浅埋段,采用Winkler弹性地基梁计算模型,以管棚钢管挠度为控制条件进行开挖进尺优化分析。以厦深高... 山岭隧道矿山法施工循环作业的开挖进尺对该隧道工程局部乃至整体的施工安全性、经济性有着重大影响。针对使用管棚超前支护的隧道洞口浅埋段,采用Winkler弹性地基梁计算模型,以管棚钢管挠度为控制条件进行开挖进尺优化分析。以厦深高速铁路某双线隧道工程为依托,首先进行理论计算,同时考虑工程实际确定最优开挖进尺并指导施工,随后将现场实测数据与理论解析值对比,两者有较好的一致性。结果表明,Winkler弹性地基梁计算模型可以较真实地反映管棚在洞口浅埋段软弱破碎围岩中的力学行为。 展开更多

关键词 铁路隧道 管棚超前支护 Winkler弹性地基梁 开挖进尺优化

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坡形浅埋隧道爆破振动效应及理论模型验证 被引量：1

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作者 严健 何川 +1 位作者 张景 孙正 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1038-1046,共9页

为研究位于边坡地形和浅埋土岩复合地层条件下的山岭隧道施工爆破振动效应和振动影响范围,验证并获得准确适用的振速理论模型,以国道317线下穿县城密集区的德格隧道为依托,利用现场爆破振动监测和回归分析对4组常用理论模型进行验证,同... 为研究位于边坡地形和浅埋土岩复合地层条件下的山岭隧道施工爆破振动效应和振动影响范围,验证并获得准确适用的振速理论模型,以国道317线下穿县城密集区的德格隧道为依托,利用现场爆破振动监测和回归分析对4组常用理论模型进行验证,同时,通过三维数值模拟及与理论模型计算、现场实测结果的比较,围绕爆破振速、振动影响范围以及存在的爆破振动效应进行分析.研究结果表明:4组常见理论模型计算拟合度在0.15~0.86之间,其中,唐海、朱传统和周同龄理论模型公式对应不同爆心水平距离、高程差时各有优势;理论模型计算得到的爆破振动影响范围比数值计算结果更接近现场实测结果;在隧道成洞区28 m范围内爆破施工引起的“空洞效应”明显,地表垂向最大振速由起爆点处的1.98 cm/s增大到了2.23 cm/s;爆心所在横切面内顺坡向一侧距离开挖中线10~20 m范围坡面上“边坡效应”显著,最大垂向振速达1.83 cm/s之后随爆心距增大而线性减小;在逆坡向一侧5~10 m范围内随高程增加将出现“高程放大效应”,因此,上述范围内的地表建筑应作为现场监测重点并做好防震措施. 展开更多

关键词 隧道工程 爆破振动 理论模型 高程放大效应 边坡效应

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基于支持向量机的大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法 被引量：19

8

作者 易文豪 王明年 +4 位作者 童建军 赵思光 李佳旺 桂登斌 张霄 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期112-122,共11页

为快速判识高速铁路大断面岩质隧道施工过程中常表现出的掌子面围岩显著非均一性特征,提出1种大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法。依托郑万高铁5条试验隧道,采集得到掌子面围岩炮眼钻孔过程样本299份,相应形成大断面岩质隧道掌... 为快速判识高速铁路大断面岩质隧道施工过程中常表现出的掌子面围岩显著非均一性特征,提出1种大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法。依托郑万高铁5条试验隧道,采集得到掌子面围岩炮眼钻孔过程样本299份,相应形成大断面岩质隧道掌子面围岩分级样本库;分别构建基于支持向量机(SVM)和2种神经网络的大断面岩质隧道掌子面围岩分级模型,采用同样的数据对比3种模型性能;依托SVM分级模型,利用炮孔名义分级和名义分区分级名词描述掌子面围岩非均一性判识方法,并针对5条试验隧道进行判识计算,提出大断面岩质隧道支护结构的局部优化建议。结果表明:相比于2种神经网络分级模型,SVM分级模型在样本数量较少条件下的分级准确度更高,平均准确度为87.9%;更换样本后,SVM分级模型准确度依然如此,且泛化性更强;本文方法判识得到2次爆破过程中的围岩显著非均一性特征,判识结果与爆破终点掌子面实际情况基本一致,可为支护参数局部优化提供依据。 展开更多

关键词 岩质隧道 围岩 非均一性 支持向量机 郑万高铁

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基于凿岩台车钻进速度的隧道围岩基本质量指标计算方法 被引量：11

9

作者 赵思光 王明年 +3 位作者 罗丽菊 王志龙 易文豪 童建军 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期83-91,共9页

为保证隧道施工中岩体识别的准确性,针对冲击-旋转耦合式破岩的凿岩机提出1种基于钻进速度的隧道围岩基本质量指标(BQ)计算方法,包括基于钻进速度的BQ拟合计算式和钻进速度分级模式。首先,从能量角度分析冲击-旋转式凿岩机的破岩机理,... 为保证隧道施工中岩体识别的准确性,针对冲击-旋转耦合式破岩的凿岩机提出1种基于钻进速度的隧道围岩基本质量指标(BQ)计算方法,包括基于钻进速度的BQ拟合计算式和钻进速度分级模式。首先,从能量角度分析冲击-旋转式凿岩机的破岩机理,推导由钻进参数和BQ值表达的凿岩机破岩功能关系计算式;其次,依托郑万高铁湖北段隧道工程获得92组样本,通过现场试验和室内试验,采集样本的钻进速度和可用于计算BQ值的岩石坚硬程度和岩体完整程度数据;最后,采用数理统计方法建立钻进速度与BQ值之间的关系,并在此基础上提出钻进速度分级模式。结果表明:钻进速度和BQ值之间具有良好的响应关系,当钻进压力一定时,可直接用钻进速度表示围岩BQ值;基于钻进速度的BQ值计算方法,包括中值拟合计算式及可覆盖95%数据的上、下限值计算式;钻进速度分级模式及选择原则可直接用于现场围岩级别的快速判定。 展开更多

关键词 隧道施工 围岩基本质量指标 钻进速度 岩石坚硬程度 岩体完整程度 围岩级别

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深埋软岩大变形隧道支护变形特征及承载机理研究 被引量：21

10

作者 孔超 张俊儒 +3 位作者 王海彦 古松 顾颖 任松波 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期103-111,共9页

为解决某深埋软岩单线铁路隧道大变形问题,在隧道内设置试验段;现场测试分析隧道支护受力及变形特征,发现边墙处支护变形与其承受的围岩压力、支护刚度及围岩内部变形均不匹配,拱顶支护变形与其承受的围岩压力也不匹配;通过数值模拟及... 为解决某深埋软岩单线铁路隧道大变形问题,在隧道内设置试验段;现场测试分析隧道支护受力及变形特征,发现边墙处支护变形与其承受的围岩压力、支护刚度及围岩内部变形均不匹配,拱顶支护变形与其承受的围岩压力也不匹配;通过数值模拟及理论分析,分别计算该隧道拱顶及边墙处的围岩特征曲线,并根据隧道变形及破坏特征建立隧道支护变形失稳模型,研究支护承载及失稳机理。结果表明:软弱围岩可承担的围岩荷载比例有极限,无法通过释放围岩变形让围岩承担大部分荷载,现场测试得到工程中拱顶及边墙处围岩承担荷载比例分别为63.5%和34.7%;马蹄形断面隧道出现的大变形现象,是由于边墙支护结构刚度失效与稳定失效共同作用引起的。针对工程中出现的问题,提出将隧道断面由马蹄形改为圆形断面、预留合理变形量以及增设长锚索等大变形控制措施。采用该措施后,初支变形基本得到控制,且隧道施工进度由1~3 m·月^(-1)增至20 m·月^(-1)。 展开更多

关键词 铁路隧道 深埋软岩 围岩大变形 围岩特征曲线 支护承载 支护变形

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下穿黄河砂卵石地层盾构隧道管片结构受力特征现场测试 被引量：9

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作者 陈中天 王飞 +2 位作者 陶力铭 汪辉武 方勇 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2017年第A02期147-153,共7页

为研究砂卵石地层中管片的力学行为,以兰州地铁1号线穿黄段为研究对象,采用改良的测试传感器走线方式,对管片内力及外部水压力进行现场测试,并进行相应的数值模拟。将现场测试数据与数值模拟结果对比分析,得出如下结论:1)外部水压力及... 为研究砂卵石地层中管片的力学行为,以兰州地铁1号线穿黄段为研究对象,采用改良的测试传感器走线方式,对管片内力及外部水压力进行现场测试,并进行相应的数值模拟。将现场测试数据与数值模拟结果对比分析,得出如下结论:1)外部水压力及管片内力受盾构施工影响最为显著的范围为距掌子面3~5环,在此范围内应加强对受拉区的监测,并采取相应措施防止管片在施工初期破损;2)外部水压力及管片内力在距掌子面6~13环时受施工影响逐渐降低,距掌子面13环后趋于稳定;3)运用梁-弹簧模型设计管片是偏于安全的,但应充分考虑施工荷载。 展开更多

关键词 水下盾构隧道 砂卵石地层 管片衬砌 现场测试

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基于内置接头参数数组的整环衬砌模型结构分析 被引量：4

12

作者 张建刚 李围 何川 《人民长江》 北大核心 2020年第4期152-156,共5页

为在整环衬砌结构分析中正确体现管片接头参数的复杂特性,通过表格型数组将管片接头参数内置于整环衬结构分析的程序中。经迭代计算,实现了管片接头三维非线性参数在整环衬砌分析中的全面应用。研究表明:这种将接头参数和整环衬砌整合... 为在整环衬砌结构分析中正确体现管片接头参数的复杂特性,通过表格型数组将管片接头参数内置于整环衬结构分析的程序中。经迭代计算,实现了管片接头三维非线性参数在整环衬砌分析中的全面应用。研究表明:这种将接头参数和整环衬砌整合在同一程序的算法,不但结果可靠而且运算速度更快;管片接头的抗弯刚度、接缝张开量、混凝土最大压应变、螺栓拉应力都将随着拼装方式、接头位置、外部荷载而改变,不适合单一取值;该模型不仅能分析整环受力和变形,而且能评价各管片接头的安全状态。 展开更多

关键词 盾构隧道 管片接头 整环衬砌 迭代计算 安全评价

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防水密封垫布置方式对管片接头的力学影响分析 被引量：3

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作者 张建刚 孟庆明 +1 位作者 李围 何川 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第11期1790-1796,共7页

为实现管片接头的受力和接缝防水共赢,利用可模拟复杂接头特性的管片接头力学模型,分析不同位置、不同宽度、不同数量的密封垫对管片接头的力学影响,并探讨兼顾管片接头受力与密封垫防水的接头设计,给出相应改进建议。研究表明:1)对于... 为实现管片接头的受力和接缝防水共赢,利用可模拟复杂接头特性的管片接头力学模型,分析不同位置、不同宽度、不同数量的密封垫对管片接头的力学影响,并探讨兼顾管片接头受力与密封垫防水的接头设计,给出相应改进建议。研究表明:1)对于软弱地层的管片接头,密封垫靠近接缝面中部布置可以使管片接头保持较高的抗弯刚度,降低接头混凝土压溃和螺栓受拉屈服的风险,确保管片接头的受力安全,并具有良好的接缝防水能力;2)对于硬质地层的管片接头,其密封垫靠近接缝面边缘布置或采用大宽度密封垫,并配合采用改进接缝面接触方式和改善螺栓材质等综合措施,可达到同时降低接头抗弯刚度、确保接头安全、提高接缝防水的目的。 展开更多

关键词 盾构隧道 管片接头 弹性密封垫 接缝防水 力学分析

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不同接触并存的管片接头力学分析 被引量：1

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作者 张建刚 孟庆明 +1 位作者 李围 何川 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第10期1594-1600,共7页

大型管片接头接缝面趋于复杂化,使得接头受力和变形也将有复杂反应。采用能模拟接头复杂特性的管片接头力学模型,对管片接头在同一接缝面上并存的2种不同接触情况进行力学分析。研究表明:1)当外侧缝隙量适当增大时,能延缓管片接头混凝... 大型管片接头接缝面趋于复杂化,使得接头受力和变形也将有复杂反应。采用能模拟接头复杂特性的管片接头力学模型,对管片接头在同一接缝面上并存的2种不同接触情况进行力学分析。研究表明:1)当外侧缝隙量适当增大时,能延缓管片接头混凝土压溃,提高接头破坏弯矩的水平,并促使破坏形式从混凝土压溃的脆性破坏向螺栓屈服的塑性破坏变化,对结构设计有利;2)当接缝面中部夹填适当厚度的局部承压衬垫时,弯矩与转角关系曲线趋于直线形,抗弯刚度水平没有明显下降,接缝张开量也没有增大,接缝面中部区域承压始终较充分,对防水有利;3)当同一接缝面上的2种接触的尺寸或材料选取不当时,会引起接头性能明显下降,需谨慎设计。 展开更多

关键词 盾构隧道 管片接头 力学分析 不同接触并存 复杂接缝面

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