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        頂管法T接隧道結(jié)構(gòu)受力足尺試驗研究

        2019-10-14 07:55:26朱瑤宏高一民董子博
        隧道建設(中英文) 2019年9期
        關鍵詞:結(jié)構(gòu)

        朱瑤宏, 高一民, 董子博, 柳 獻, *

        (1. 寧波大學建筑工程與環(huán)境學院, 浙江 寧波 315211; 2. 同濟大學地下建筑與工程系, 上海 200092;3. 寧波用躬科技有限公司, 浙江 寧波 315000)

        0 引言

        聯(lián)絡通道的修建是盾構(gòu)隧道建設中必不可少的部分。目前聯(lián)絡通道的施工修建方法包括明挖法、冷凍法以及機械法等。其中明挖法采用較少[1],利用明挖法修建聯(lián)絡通道的有北京地鐵14號線的聯(lián)絡通道基坑工程。冷凍法是目前使用較多的工法[2-4],這一工法已在北京、上海、廣州和南京等地鐵工程中得到了成功的應用,并且形成了較成熟的理論研究[5-6]。機械法是一種較為新型的工法,現(xiàn)已應用于德國漢堡第四易北河隧道安全通道、墨西哥Emisor Oriente隧道旁出支線、香港屯門至赤鱲角連接路橫通道[7]以及南京地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道聯(lián)絡通道[8]。這些工法中,明挖法適用于地面較為開闊的環(huán)境; 冷凍法的工期一般較長,造價較高[9]; 機械法是一種較為綠色且效率較高的工法,有較好的應用前景。

        目前,聯(lián)絡通道施工過程的力學研究均是基于冷凍法施工和靜態(tài)施工過程分析[10-15],對于機械法聯(lián)絡通道的研究還較少。目前這些研究表明,施工過程中主隧道破洞后,本身在沒有其他輔助設施的情況下難以承受外界荷載。為了解決這一問題,無錫地鐵頂管法聯(lián)絡通道施工中,利用其他輔助系統(tǒng)來保證主隧道的安全。本文主要探討其輔助系統(tǒng)和主隧道的共同受力過程與襯砌環(huán)之間的傳力過程。

        本文通過模擬機械法聯(lián)絡通道破洞過程的7環(huán)整環(huán)試驗,獲取各襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)在既定荷載條件下的結(jié)構(gòu)裂縫、結(jié)構(gòu)收斂變形、縱縫張開、環(huán)縫張開及錯臺、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等指標。試驗明確了切削過程中主隧道襯砌結(jié)構(gòu)的響應,可為開洞分析提供試驗依據(jù)。

        1 試驗方案

        本試驗是依托無錫地鐵頂管法聯(lián)絡通道的施工方法進行的。該工法的施工過程如下: 1)主隧道施工完成后達到初始狀態(tài),頂管下井準備就緒。2)搭載頂管與內(nèi)支撐體系的臺車就位后,內(nèi)支撐體系施加預頂力,切削管片的準備階段就緒。3)刀盤開始切削管片,直到整個刀盤磨穿管片。4)頂管進入土體并進行管片安裝。5)進行頂管接收,先進行預撐,與始發(fā)階段一樣,刀尖磨穿接收端管片后頂管到達預定位置,完成接收端接收; 完成后續(xù)焊接,聯(lián)絡通道施作完成。6)完成接收后,內(nèi)支撐回收,聯(lián)絡通道形成。7)在整個聯(lián)絡通道施工完成后,聯(lián)絡通道進入正常運營狀態(tài)。

        1.1 加載系統(tǒng)

        試驗加載系統(tǒng)如圖1所示。共可進行7環(huán)管片的加載,加載系統(tǒng)由7環(huán)鋼架以及液壓千斤頂加載點組成。每環(huán)共24個加載點,加載點每15°設置1個千斤頂,以裝置中線完全對稱布置。每個加載點的液壓千斤頂系統(tǒng)可進行3種控制。

        圖1 加載裝置示意圖

        加載點控制方法共有3種: 荷載控制、位移控制以及荷載-位移曲線控制。荷載控制將液壓千斤頂加載至額定荷載,主要用來模擬“土柱理論”,計算頂部的水土壓力。位移控制即控制千斤頂伸縮至固定位移值,主要用來模擬基地反力在位移不變的情況下,可以被動產(chǎn)生相應的荷載。荷載-位移曲線控制即根據(jù)土的基床系數(shù),計算出千斤頂?shù)暮奢d-位移曲線,通過千斤頂位移確定此時的對應荷載值進行加載的控制方法。被動土壓和主動土壓是通過標定靜止土壓力的位移后,以此為起點,通過外置千斤頂?shù)膬?nèi)置位移計測量管片位移后,判斷該加載點為被動土壓力或主動土壓力,最終通過不同的荷載-位移曲線進行加載。本文中實際均為被動土壓力。整套加載系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        圖2 加載裝置外部示意圖

        1.2 試驗結(jié)構(gòu)

        試驗的試件采用無錫地鐵原型管片,襯砌環(huán)外徑6 200 mm、內(nèi)徑5 500 mm,管片厚度350 mm,試驗的7環(huán)管片采用4環(huán)標準環(huán)(環(huán)寬1 200 mm)和3環(huán)特殊環(huán)(環(huán)寬1 500 mm)。試驗7環(huán)管片放置方式如圖3所示。管片混凝土等級為C55,鋼筋為HRB400鋼筋,全環(huán)由1塊封頂塊(F)、2塊鄰接塊(L1、L2)、3塊標準塊(B1、B2、B3)組成??v向環(huán)間不設置凹凸榫。

        試驗采用的7環(huán)管片,其中: 中間3環(huán)是頂管直接切削的管片,第4環(huán)為切削環(huán),切削完成后處于洞口位置的管片全部被切削掉,第3環(huán)和第5環(huán)為半切削環(huán),切削結(jié)束后只有一半的管片被切削掉; 其余4環(huán)為普通環(huán),試驗過程中不受切削。

        管片的拼裝方法和角度如圖4所示。中間3環(huán)采用通縫拼裝,其余4環(huán)采用錯縫拼裝。頂部為0°,靠背側(cè)為90°,切削側(cè)為270°。

        試驗過程中采用可主動施加預頂力的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)來保證切削過程中主隧道的穩(wěn)定,內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。與管片接觸的為剛度較大的月牙板,頂部月牙板稱之為頂撐,前后月牙板為前后撐。頂撐由4組豎向支撐與底板相連,前后撐由4組橫向支撐與豎向支撐相連。各支撐均設置內(nèi)置千斤頂,可以施加主動荷載。

        圖5 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)示意圖

        1.3 加載制度

        試驗按照工況加載的方式進行加載,具體工況如下(以切削環(huán)為例)。

        1)初始工況。聯(lián)絡通道的施工位置埋深19 m,側(cè)壓力系數(shù)0.71,主隧道上半部分和下半部分基床系數(shù)不同,上部基床系數(shù)為12 MPa/m,下部基床系數(shù)為44 MPa/m。外部荷載以此進行設計。首先采用荷載控制的加載方式,使各組千斤頂同步加載至設計荷載(即側(cè)邊土壓力為靜止土壓力),作為初始工況的第1階段(如圖6所示)。這里的荷載設計是根據(jù)試驗前數(shù)值模擬的計算結(jié)果,保證施加外部結(jié)束后的內(nèi)力與修正慣用法計算的荷載響應結(jié)果基本一致。

        圖6 初始工況第1階段示意圖

        接著將腰部千斤頂修改為荷載-位移曲線控制的加載方式,模擬被動土壓力狀態(tài),作為初始工況的第2階段(如圖7所示)。這里是根據(jù)修正慣用法中側(cè)向土壤抗力的算法進行設計。依據(jù)溫克爾局部變形理論計算,抗力圖形呈一等腰三角形,抗力范圍與水平直徑上下呈45°。這里采用這個范圍內(nèi)的腰部千斤頂進行加載方式修改,荷載的大小由遠離原始隧道位置的距離確定,加載程序根據(jù)荷載-位移曲線自動反算出此時的千斤頂頂力,用以模擬被動土壓力。這一模擬過程與管片的收斂時時關聯(lián),根據(jù)程序自動計算的荷載值進行施加,用以模擬變化的被動土壓力。根據(jù)被動土壓力的計算,本試驗特殊環(huán)上部千斤頂?shù)南禂?shù)為14 608.4 kN/m,特殊環(huán)下部千斤頂?shù)南禂?shù)為53 564.15 kN/m,普通環(huán)的系數(shù)均為特殊環(huán)的0.8倍。

        圖7 初始工況第2階段示意圖

        2)預撐工況。為了模擬實際施工過程,試驗采用內(nèi)支撐預加頂力的工況。試驗進行預加頂力的模擬,模擬過程如圖8所示。豎向支撐內(nèi)置千斤頂每組預加頂力700 kN,前后支撐內(nèi)置千斤頂每組預加頂力50 kN。預加頂力按照10%總頂力分10級進行同步加載。

        圖8 預撐工況示意圖

        3)頂管始發(fā)工況。模擬頂管切削頂進的過程。工況分為3個階段。第1個階段為頂管切削切削環(huán);第2個階段為頂管露頭破洞,此時結(jié)構(gòu)體系發(fā)生了改變;第3個階段為開始切削半切削環(huán),形成聯(lián)絡通道開口(始發(fā)工況如圖9所示)。頂管刀盤直徑為3 290 mm,略大于聯(lián)絡通道直徑(3 150 mm),頂管的頂推力為2 000~3 000 kN,最大為6 000 kN,頂管的轉(zhuǎn)矩為100 kN·m左右。

        4)拆撐工況。模擬切削完成后進行內(nèi)支撐卸載的過程。卸載過程分10級按照10%內(nèi)支撐頂力進行卸載(如圖10所示)。這一過程中沒有考慮聯(lián)絡通道本身結(jié)構(gòu)對主隧道結(jié)構(gòu)的影響,而聯(lián)絡通道本身結(jié)構(gòu)的存在是有利于結(jié)構(gòu)受力的,試驗工況是更為不利的工況。

        圖9 頂管始發(fā)工況示意圖

        圖10 拆撐工況示意圖

        1.4 測試方案

        為探究襯砌結(jié)構(gòu)在設計狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應,試驗中觀測各級荷載下管片表面裂縫及接縫破損的發(fā)展情況,同時測量和測試結(jié)構(gòu)收斂變形、縱縫張開及錯臺、環(huán)縫張開及錯臺、主筋應變、混凝土應變等。

        其中內(nèi)力的計算根據(jù)有限元預分析結(jié)果,選取切削環(huán)12個內(nèi)力控制截面、半切削環(huán)10個內(nèi)力控制截面布設電阻應變片,量測主筋及混凝土應變。根據(jù)試驗監(jiān)測得到各工況設計驗算點鋼筋與混凝土應變進行內(nèi)力計算,計算時假設各截面應變滿足平截面假定。由于傳感器在切削位置無法進行布置,所以試驗結(jié)果沒有切削部分的內(nèi)力分布。

        2 主要試驗結(jié)果

        2.1 結(jié)構(gòu)裂縫

        試驗結(jié)束時管片內(nèi)部裂縫主要產(chǎn)生在中間3環(huán),包括拉伸裂縫、壓碎裂縫以及剝落,如圖11所示。第4環(huán)除切削位置外幾乎沒有產(chǎn)生裂縫;第3環(huán)和第5環(huán)靠近第4環(huán)的300°螺栓位置產(chǎn)生30 cm范圍拉伸裂縫以及剝落,0°頂部螺栓位置出現(xiàn)2處20 cm左右拉伸裂縫;第3環(huán)和第5環(huán)90°和270°出現(xiàn)不同程度的壓碎裂縫;第2環(huán)和第6環(huán)相同位置也出現(xiàn)輕微裂縫。圖11中頂管位置的管片由于頂管的進尺原因無法繼續(xù)向前,導致纖維筋受損的混凝土已失去結(jié)構(gòu)作用,只剩1層保護層。

        圖11 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)弧面裂縫展開圖

        如圖12和圖13所示,外部裂縫集中在中間3環(huán)。第4環(huán)封頂塊位置55°產(chǎn)生了壓碎裂縫。第3環(huán)和第5環(huán)切削位置270°的裂縫混凝土脫落位置為外部保護層,為頂管切削位置。第3環(huán)封頂塊位置55°也產(chǎn)生了壓碎裂縫。

        圖12 切削環(huán)外弧面270°位置裂縫示意圖

        Fig. 12 Development of external arc surface crack in cutting lining structure(270°)

        圖13 切削環(huán)外弧面55°位置裂縫示意圖

        Fig. 13 Development of external arc surface crack in cutting lining structure(55°)

        根據(jù)試驗現(xiàn)象和測試結(jié)果可以看出,除了切削環(huán)的切削側(cè)有較大的位移外,其他工況下各環(huán)沒有發(fā)生收斂變形??梢酝茢嗲邢鱾?cè)的裂縫主要是在切削時產(chǎn)生的,而其余裂縫是在拆撐工況時由于各環(huán)不同的收斂變形,管片進行內(nèi)力重分布導致的。

        2.2 結(jié)構(gòu)變形

        2.2.1 初始工況

        初始工況下各環(huán)由于底部的固定,底部幾乎沒有位移變形。初始工況收斂變形主要集中在頂部,頂部位移均勻下降,收斂在20 mm左右,左右腰部收斂在10 mm左右。在腰部修改加載模式后,由于腰部的土彈簧擠壓作用較大,導致腰部收斂迅速減小,左右收斂達到5 mm左右,頂部收斂減小至15 mm左右(如圖14所示)。

        圖14 初始工況收斂變形

        2.2.2 預撐工況

        在預撐工況下,中間5環(huán)頂部收斂進一步減少,減小至10 mm左右,腰部收斂減少至1 mm左右后基本維持不變(如圖15所示)。

        圖15 預撐工況收斂變形

        2.2.3 頂管始發(fā)工況

        在切削環(huán)切削的工況下,第4環(huán)切削側(cè)受到較大推力向切削側(cè)有偏移,其余各環(huán)收斂變化不大。

        在切削環(huán)切削完成后,結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變,切削環(huán)頂部收斂有增加的趨勢,增加幅度為2~3 mm,切削環(huán)整體向切削側(cè)偏移2~3 mm。

        在半切削環(huán)切削工況中,切削側(cè)上部有向內(nèi)移動的趨勢,增量為3 mm左右。這一過程即形成了懸臂壓縮段(變形如圖16所示)。半切削環(huán)的收斂主要集中在這一工況,切削側(cè)收斂向外增大3 mm。

        2.2.4 拆撐工況

        在拆撐工況下,切削環(huán)頂部收斂迅速增加,增量為10 mm左右,比初始工況收斂略大。35°、55°以及325°縱向接縫在拆撐工況下產(chǎn)生了1~2 mm的張開與壓緊(如圖17所示)。

        圖16 頂管始發(fā)工況收斂變形

        Fig. 16 Convergence deformation of starting stage by pipe jacking method

        圖17 拆撐工況收斂變形

        半切削環(huán)在拆撐工況頂部收斂增加3~5 mm,比初始工況收斂增大,腰部向外增加2 mm左右。其余各環(huán)與初始工況相比變化較小。

        試驗還統(tǒng)計了7環(huán)襯砌結(jié)構(gòu)在縱向上的環(huán)縫張開狀態(tài)。監(jiān)測點為切削環(huán)和半切削環(huán)之間135°和225°的環(huán)縫張開。

        監(jiān)測結(jié)果顯示,環(huán)縫張開量較小,主要產(chǎn)生在頂管始發(fā)工況。在切削側(cè)的225°位置處,始發(fā)工況第1階段半切削環(huán)和切削環(huán)之間的環(huán)縫內(nèi)外均張開1 mm左右; 始發(fā)工況第2階段環(huán)縫外部張開1 mm,內(nèi)部壓緊2 mm,靠背側(cè)的135°全過程基本沒有變化。

        試驗也統(tǒng)計了各環(huán)0°、90°和270°的環(huán)縫錯動。在切削過程中各環(huán)位置發(fā)生了較大的錯動。在頂管始發(fā)工況第1階段,第4環(huán)與相鄰2環(huán)切削側(cè)90°的錯臺達到10 mm左右。在拆撐工況下,頂部的錯臺量較大,第4環(huán)與相鄰2環(huán)間新增了10 mm左右錯臺量。

        2.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力

        2.3.1 初始工況

        切削環(huán)初始工況頂部正彎矩和腰部負彎矩大約為250 kN·m,頂?shù)孜恢幂S力最小,腰部軸力最大,頂?shù)纵S力初始工況為1 200 kN左右,腰部軸力初始工況為1 600 kN左右。

        在修改腰部控制曲線后,內(nèi)力變化如圖18所示。由于腰部的外荷載增大,頂?shù)缀脱康膹澗鼐鶞p小至170 kN·m,腰部靠上位置的彎矩較大,為負彎矩190 kN·m,腰部軸力幾乎沒有變化,頂?shù)纵S力增加100 kN左右。

        半切削環(huán)初始工況頂部正彎矩約為250 kN·m,腰部彎矩約為230 kN·m,頂?shù)孜恢幂S力最小,約為1 200 kN,腰部軸力最大,約為1 600 kN。

        初始工況第2階段下半切削環(huán)頂?shù)渍龔澗鼐鶞p小至150 kN·m,腰部負彎矩減小至150 kN·m左右,腰部靠上彎矩減小較少,頂部軸力增大200 kN,腰部軸力幾乎沒有變化,半切削環(huán)內(nèi)力變化與切削環(huán)相類似,不再繪出。

        (a) 切削環(huán)初始工況彎矩圖 (單位: kN·m)

        (b) 切削環(huán)初始工況軸力圖 (單位: kN)

        2.3.2 預撐工況

        在預撐工況下,內(nèi)力變化如圖19所示。切削環(huán)頂部彎矩進一步減小,減小至100 kN·m左右,腰部彎矩也相應減少至100 kN·m,腰部靠上位置的彎矩較大,79°位置彎矩比90°位置彎矩大40 kN·m。預撐工況下,腰部軸力減少200 kN。

        半切削環(huán)頂部彎矩進一步減小,減小至100 kN·m左右,腰部彎矩也相應減少至100 kN·m,靠上位置的彎矩較大,79°位置彎矩比110°位置彎矩大40 kN·m。預撐工況下,頂部軸力幾乎不變,腰部軸力減少200 kN。半切削環(huán)與切削環(huán)的內(nèi)力變化相類似,不再繪出。

        (a) 切削環(huán)預撐工況彎矩圖 (單位: kN·m)

        (b) 切削環(huán)預撐工況軸力圖 (單位: kN)

        2.3.3 頂管始發(fā)工況

        頂管始發(fā)工況第1階段變化如圖20所示。切削環(huán)靠近切削側(cè)的頂部彎矩迅速下降,下降50 kN·m左右,腰部彎矩受到后部后靠力的影響,彎矩有部分增大,增大30 kN·m左右,頂部軸力減小200 kN左右。

        頂管始發(fā)工況第1階段,半切削環(huán)腰部彎矩增大10 kN·m左右,其余位置變化較小,頂部軸力基本不變。

        在切削環(huán)完全切削后,即頂管始發(fā)工況第2階段,結(jié)構(gòu)體系發(fā)生了變化,變化結(jié)果如圖21所示。切削環(huán)340°彎矩由正變負,對應于收斂變形中此處有一個較大的向內(nèi)變形趨勢。350°彎矩幾乎變?yōu)? kN·m,0°彎矩下降36 kN·m,靠背側(cè)的彎矩也相應減小30 kN·m左右,腰部彎矩增大10~20 kN·m。切削側(cè)315°反彎點軸力增大800 kN,靠近靠背側(cè)反彎點的145°軸力減小300 kN,頂部的軸力下降100 kN左右,腰部軸力增大200 kN。

        這一過程中,半切削環(huán)的彎矩變化量較少,頂部軸力增加100 kN,腰部軸力變化不大,靠近靠背側(cè)反彎點45°和135°的軸力減少200 kN左右。

        (a) 切削環(huán)頂管始發(fā)第1階段彎矩圖 (單位: kN·m)

        (b) 切削環(huán)頂管始發(fā)第1階段軸力圖 (單位: kN)

        Fig. 20 Internal forces of cutting ring under first stage of starting stage by pipe jacking method

        (a) 切削環(huán)頂管始發(fā)第2階段彎矩圖 (單位: kN·m)

        (b) 切削環(huán)頂管始發(fā)第2階段軸力圖 (單位: kN)

        Fig. 21 Internal forces of cutting ring under second stage of starting stage by pipe jacking method

        始發(fā)工況第3階段內(nèi)力變化如圖22所示。切削環(huán)各位置的變化量較小,基本與前一階段類似,彎矩變化在10 kN·m左右,軸力幾乎不變,頂部軸力繼續(xù)減小。

        這一過程中,半切削環(huán)彎矩變化在10 kN·m左右,靠近切削側(cè)的頂部彎矩迅速下降,下降30 kN·m左右。效應類似于頂管始發(fā)的第1階段,但是沒有前者明顯。頂部軸力增加100 kN,腰部軸力變化不大,靠近靠背側(cè)反彎點45°和135°的軸力減少200 kN左右。

        2.3.4 拆撐工況

        拆撐工況切削環(huán)和半切削環(huán)的內(nèi)力變化如圖23所示。切削環(huán)頂部彎矩迅速增大,增大60 kN·m左右,腰部負彎矩減小20 kN·m左右,頂?shù)纵S力變化較小,腰部軸力增加300 kN,略大于預撐工況下對側(cè)腰部軸力,頂部軸力增大300 kN。

        拆撐工況下,半切削環(huán)頂部彎矩迅速增大,增大40 kN·m左右,最大正彎矩在頂部,最大負彎矩在腰部,腰部負彎矩增大50 kN·m左右。拆撐工況下,頂?shù)纵S力增加100 kN左右,腰部軸力增加400 kN,一部分是預撐工況的疊加,另一部分是切削環(huán)切削側(cè)管片消失的腰部軸力的分擔??拷勘硞?cè)反彎點45°和135°的軸力也增大300 kN左右。

        3 頂管法聯(lián)絡通道全過程總結(jié)

        整個試驗過程經(jīng)歷4個工況: 初始工況、預撐工況、頂管始發(fā)工況及拆撐工況。

        初始工況主要驗證了荷載位移的合理性與7環(huán)加載同步的可靠性。預撐工況中由于內(nèi)支撐頂部月牙板只與中間5環(huán)接觸,中間5環(huán)與最外圍2環(huán)產(chǎn)生了明顯的不同,中間的5環(huán)頂?shù)资諗吭黾?~5 mm,最外圍2環(huán)基本沒有變化。

        頂管始發(fā)工況第1階段主要為第4環(huán)切削環(huán)受力,這一過程中切削環(huán)發(fā)生整體向切削側(cè)移動,且切削側(cè)的收斂變化量大于靠背側(cè),頂部彎矩減小,軸力減小,腰部彎矩增大。

        頂管始發(fā)工況第2階段結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變,由于切削位置外部荷載的消失,導致懸臂效應的產(chǎn)生,在切削靠上位置的外部荷載作用下懸臂端向內(nèi)收斂移動,使頂部彎矩變小而腰部彎矩增大。這一過程中,通過收斂變形和環(huán)縫錯動等試驗可以判斷傳力主要集中在切削側(cè),其余位置由于內(nèi)支撐體系的保護,相對位移較小,基本不存在傳力過程。

        頂管始發(fā)工況第3階段切削環(huán)幾乎不受影響,半切削環(huán)的變化規(guī)律是類似于始發(fā)工況第1階段切削環(huán)的變化規(guī)律,這一過程中半切削環(huán)發(fā)生整體向切削側(cè)移動,且切削側(cè)變化量大于靠背側(cè)的收斂變化,頂部彎矩減小,軸力減小,腰部彎矩增大。但是由于結(jié)構(gòu)沒有完全破壞,所以沒有發(fā)生第2步的懸臂效應。

        拆撐工況中: 各環(huán)整體頂?shù)资諗烤黾?,切削環(huán)增加最多,增大12 mm,半切削環(huán)增大5 mm左右,其余各環(huán)增大2 mm左右; 中間3環(huán)的頂部彎矩均增大,切削環(huán)腰部彎矩減小而半切削環(huán)腰部彎矩增大,各環(huán)腰部軸力均有部分增大。在這一過程中,發(fā)生了由于位移不同導致的內(nèi)力傳遞。

        全過程來看主要是以下3個階段對于各環(huán)的結(jié)構(gòu)響應有明顯的影響,第1個階段為頂管的切削始發(fā)過程,第2個階段為切削完成后外部荷載向內(nèi)擠壓的過程,第3個階段為拆撐后環(huán)間傳力的過程。

        第1個階段,切削環(huán)切削和半切削環(huán)切削過程中,由于內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)作用,傳力效應不明顯,所以切削只對本環(huán)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和收斂造成影響。

        第2個階段,切削完成后,由于結(jié)構(gòu)不再完整,外部荷載向內(nèi)擠壓,使內(nèi)力發(fā)生重分布且收斂發(fā)生變化。

        第3個階段,拆撐完成后,由于各環(huán)的收斂位移不同,環(huán)間收斂進行協(xié)調(diào)導致內(nèi)力傳遞。

        4 結(jié)論與討論

        通過對無錫地鐵3號線頂管法聯(lián)絡通道模型試驗的研究,得到以下結(jié)論。

        1)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布工況效應明顯,環(huán)內(nèi)的內(nèi)力重分布主要發(fā)生在被直接切削的襯砌環(huán),環(huán)間的內(nèi)力傳遞主要集中在切削位置的臨近環(huán),且主要發(fā)生在內(nèi)支撐卸力工況。

        2)對于此襯砌結(jié)構(gòu)來說,始發(fā)切削是一個相對獨立的過程,對切削的管片影響較大,而對其余管片影響較小。

        3)切削過程中由于切削側(cè)頂管頂力主要由1環(huán)或者2環(huán)承擔,而后部的反力由5環(huán)共同承擔,所以在切削時會發(fā)生切削環(huán)整環(huán)向切削側(cè)整體移動的現(xiàn)象。

        4)傳力主要發(fā)生在拆撐工況下,傳力是由于各環(huán)之間的收斂不同導致的,傳力基本集中在中間3環(huán),其余4環(huán)的影響較小。

        5)整個試驗過程中,在沒有考慮聯(lián)絡通道對結(jié)構(gòu)的支撐作用的前提下環(huán)間作用較好,7環(huán)的變形與內(nèi)力雖然有差異,但是可以通過環(huán)間傳遞保持7環(huán)的穩(wěn)定。

        6)切削過程中的結(jié)構(gòu)整體性較好,切削側(cè)的響應遠大于遠離切削側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu),剩余襯砌結(jié)構(gòu)是安全的。

        通過本文的研究,得到了模擬施工過程中的內(nèi)力重分布與傳力過程,為機械法聯(lián)絡通道提供了理論支持。

        在本文的研究中,有一個問題值得繼續(xù)探討,即試驗過程中沒有考慮聯(lián)絡通道本身結(jié)構(gòu)對主隧道結(jié)構(gòu)的影響,聯(lián)絡通道本身結(jié)構(gòu)的存在使各環(huán)整體性提高,有利于結(jié)構(gòu)受力,后續(xù)可繼續(xù)考慮此影響。

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