摘要
矩形顶管隧道由于空间利用率大、施工简便、成本较低的优点，在城市地下空间工程领域具有越来越广泛的应用前景。随着城市地下工程的快速发展，导致城市地下空间变得“拥堵”，进而导致了各种地下工程之间的穿越问题。由于矩形顶管隧道埋深较浅，因此目前主要面临的是盾构隧道下穿施工扰动引起的既有矩形顶管隧道支撑条件弱化诱发的管节间纵向不均匀变形问题。由于矩形顶管隧道的薄弱位置即在管节间的接头部位，因此管节间的不均匀变形也会最终体现在接头部位，出现接头结构破坏，防水失效等问题危及结构安全，引发工程灾害，因此对于研究与防治矩形顶管隧道接头变形以及管节间的纵向不均匀变形问题越来越紧迫。 本文通过室内接头试验以及三维数值模拟，探究在纵向变形下管节接头的破坏特点及变形规律，同时探究矩形顶管隧道在下穿施工引起基床弱化情况下的纵向变形机制以及相应的防治手段，主要研究内容如下： （1）进行矩形顶管隧道接头剪切破坏试验与弯曲破坏试验，在试验条件下初步分析接头的破坏过程和破坏现象，发现接头剪切破坏和接头弯曲破坏均大致分为四个阶段；通过数据提取与计算分别得到两种变形模式下接头应力-应变曲线，分析变形规律为后续的研究提供基础。 （2）利用ABAQUS软件三维精细化数值模型，与室内接头试验对比验证分析，进一步分析研究矩形顶管隧道在剪切破坏以及弯曲破坏情况下接头的受力变形特点和变形机理；考虑到接头变形不连续性，利用相同的本构参数建立五节管节的三维精细化模型，进一步探究管节接头的破坏机理，给出控制措施。 （3）将室内接头试验获得的两组应力-应变曲线通过连接器的形式在壳-接头模型中实现；提出盾构隧道下穿施工引起的既有隧道纵向基床系数分布函数，建立40节管节的数值模型，通过纵向基床系数分布函数计算获得下穿施工引起的具有典型代表的“V”型、“U”型、“W”型弱化形式下的隧道管节的基床系数，进而分析在三种条件下隧道纵向变形的特点，探究隧道管节沉降量、节间错台量及张开量的分布规律，得到不同工况下既有隧道纵向的薄弱位置，提出相应解决措施，防止发生工程危害。
NETL