非均质地基中盾构隧道的纵向变形分析

摘要：

盾构隧道沿纵向将不可避免地穿越多种地层,地基的非均质性和非连续性是广泛存在的.针对非均质地基中盾构隧道的纵向变形问题,将盾构隧道视为非均质Winkler地基中的Euler-Bernoulli梁,建立非均匀地基中盾构隧道纵向力学性能分析的非均质Winkler地基-EB梁模型,基于中心差分原理,推导得到解析模型控制方程的显式有限差分解.通过与既有研究成果的对比,验证解析模型的可靠性.而后,基于所建立的解析模型系统分析2类典型非均质地基条件下地基变异性对盾构隧道纵向变形和内力的影响,进一步讨论软硬地层渐变时隧道的纵向力学特性.研究结果表明:不同地基条件下所推导的有限差分解与既有有限元结果较为吻合,证明所建立的解析模型及其解答是准确可靠的;相邻地基刚度的差异会显著影响盾构隧道的纵向变形和内力,软硬地层交界面处隧道变形和内力会产生明显变化,且隧道剪力在此达到最大值,易产生环间错台等病害;对于软硬突变地层,隧道最大差异沉降随软弱地基刚度的减小线性增大,而最大弯矩和剪力的变化呈现出一定的非线性;对于含软弱层的软硬交替地层,软弱层相对刚度和相对长度均会显著影响隧道的纵向变形和内力,隧道最大差异沉降和最大弯矩及剪力随软弱层相对刚度和相对长度的变化具有明显的非线性特性;相比于软硬地层的突变,地层的渐变使得隧道剪力显著减小,有利于改善盾构隧道的纵向力学性能.

关键词：非均质地基、盾构隧道、纵向变形、解析模型、有限差分解

所属期刊栏目：20

分类号：U45(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金;湖南省自然科学基金资助项目

在线出版日期：2023-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：2222-2234