大断面盾构隧道双层衬砌结构抗震性能研究
随着我国铁路路网建设的逐步推进，大断面铁路盾构隧道不断涌现，对盾构隧道衬砌结构的安全性要求也越来越高。由于常见单层装配式管片衬砌难以满足铁路隧道下穿江河的防水防渗以及抗震设防等要求，双层衬砌的应用逐步开展。然而，目前国内外对双层衬砌隧道的抗震性能的认识尚存争议，因此开展盾构隧道双层衬砌抗震性能的研究十分必要。本文采用资料调研、室内试验、数值模拟与理论分析相结合的方式，研究了横、纵向地震作用下盾构隧道单/双层衬砌、管片与二衬不同接驳方式以及不同变形缝间距的双层衬砌地震响应规律，主要工作及研究成果如下： （1）开展室内试验探明了管片-围岩接触面剪切-滑移作用规律与界面关键参数，获得了不同层间接驳方式下管片-二衬层间接触面剪切-滑移作用规律，得到了管片间界面摩擦系数。 （2）提出了能较真实反映管片-围岩剪切-滑移作用的迭代计算模型，提出了使用黏结接触模拟管片-二衬黏性行为的方法以及参数取值建议，采用隧道三维非连续接触模型分析了不同接驳方式、不同变形缝间距下隧道纵向刚度有效率，代入隧道轴向等效刚度模型分析了管片-二衬接驳方式与二衬变形缝间距对隧道地震响应的影响。 （3）分析了横向地震作用下盾构隧道单/双层衬砌地震响应差异，相比单层衬砌，双层衬砌隧道横向内力明显减小、纵向内力显著增大，隧道纵缝张开量、环缝错台量、隧道顶底相对位移与横向弯曲以及管片损伤均有所减小。 （4）分析了横向地震作用下双层衬砌隧道管片与二衬考虑不同接驳方式的地震响应差异，相比层间无摩擦，层间凿毛与植筋增大了横向地震作用下二衬承力效果，显著减小管片纵缝张开量、环缝错台量、隧道拱顶、底相对位移、横向弯曲与管片损伤，会导致二衬损伤增大，增强了管片与二衬变形协调性，对隧道抗震性能的提升有益，层间植筋相比凿毛效果更优。 （5）分析了横、纵地震作用下双层衬砌隧道不同变形缝间距的地震响应差异，变形缝间距增大，二衬分担内力效果加强，但会导致管片纵向内力与纵向螺栓应力增大，管片与二衬损伤变大。同时变形缝间距对管片纵缝张开、环缝错台以及拱顶、底相对位移影响很小，对横向弯曲有一定减益作用。纵向地震作用下，变形缝间距增大能够显著减小管片环缝张开量，其中变形缝间距30m时效果更加显著。
盾构隧道;双层衬砌;抗震性能;变形缝间距
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
封坤
2022
中文
U455.43
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）