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阳逻长江公路大桥南锚碇基坑围护结构内力反演与施工变形滚动预测研究&厦门东通道（翔安海底隧道）越海工程围岩稳定分析与支护设计反演及施工变形险情预报研究

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全文分为二部分: 一.阳逻长江公路大桥南锚旋基坑围护结构内力反演与施工变形滚动预测研究南锚碇特大特深圆形基坑的科研内容包括岩土体等效力学参数的动态反演和变形滚动预测。在研究中，反演了基坑开挖过程中围护结构(地下连续墙和内衬)的内力和土体等效力学参数，分析和总结了围护结构在基坑开挖和内衬浇筑各个阶段的内力变化规律以及地连墙外侧水土压力理论值与实测值的对应关系，探索了施工因素(内衬浇筑和土体开挖)与非施工因素(环境温度)对内力的影响规律。同时，分别采用有限元(FEM)和人工神经网络(ANN)方法进行了变形超前预测。主要研究成果有：(1)对各层土体参数的敏感性分析表明对墙体位移的影响最大的因素是基坑开挖施工工艺和粉细砂层的弹模、泊松比。 (2)选取亚粘土等四层土体进行土体参数反分析，并用于基坑变形的有限元正演预测。结果表明，地墙最大变形预测值与实测值的趋势一致，绝对误差较小。随着基坑开挖的进行和反演次数的增加，对内力和变形的预测效果越来越好。 (3)修正和发展了前人的内力反演理论，即根据主筋的四种实际受力情况分别进行反演计算：a.内外侧主筋都受压；b.内侧主筋受拉、外侧主筋受压；c.内侧主筋受压、外侧主筋受拉；d.内外侧主筋都受拉。而前人理论大多只考虑了一种受力情况。 (4)总结了内衬弯矩在基坑开挖和内衬浇筑过程中的周期性波动规律，即随着内衬施工的进行，内衬弯矩曲线出现周期性峰值。另外，反演计算结果表明，基坑开挖过程中轴力基本上表现为压力，拉力很少且数值很小。初期轴力为-8000～-25000kN，后期轴力为-20000～100kN。后期内衬弯矩在-1000～2000kN.m范围内波动。 (5)地连墙的弯矩变化规律与内衬迥然不同。随着内衬施工的进行，各深度处的弯矩和轴力变化曲线依次呈现“先大幅波动、后平稳变化”的趋势。弯矩波动期为8天，待内衬施工深度超过开挖面后才趋于平稳变化；轴力波动期为2～3天，波动期过后地墙压力增大。地墙初期和后期弯矩值大体在-1000～1000kN.m范围。轴力多为压力，且后期轴力比初期大，为-6000～0kN。 (6)对南锚碇基坑而言，围护结构内力的影响因素极为复杂。通过寻找各因素的内在逻辑关系，探索了内衬浇筑、土体开挖、底板浇筑和温度对内力的影响规律。内衬浇筑对内力的影响表现为两个方面：①对内衬的弯矩而言，当某块内衬混凝土浇筑后因水化放热产生一个持续作用时间为1～2天的正弯矩，使上方各道内衬的内侧钢筋受压，使其弯矩变化曲线产生攀升。基坑开挖和后期混凝土温度降低则使得其作用逐渐弱化，表现在弯矩变化曲线从每一个波峰回落。②内衬浇筑对开挖面附近地连墙弯矩的影响规律与此相同。因此，围护结构弯矩曲线的波动性与内衬浇筑和基坑开挖直接相关，或者说，内衬浇筑和基坑开挖施工是导致围护结构弯矩波动的直接原因。底板浇筑对内力的影响规律与此相同。温度对内力的影响规律是：温度升高在内衬中产生一个正弯矩，使得内衬弯矩曲线攀升；而温度降低使内衬中产生一个负弯矩，因而内衬曲线回落。换言之，不管是因为混凝土浇筑还是气温升高，只要其结果使得内衬温度升高，内衬中就会产生正弯矩作用，弯矩曲线就会攀升。这两个因素的作用在逻辑上是一致的。 (7)上覆粘土层和淤泥质土层的实测土压力接近主动土压力，粉细砂层的实测土压力接近静止土压力，卵石层的实测土压力大于静止土压力。 (8)粉细砂以下土体孔隙水压力实测值与计算出的静止水压力具有较好的一致性。 (9)12次变形报告的预测总数为1308个，有实测数据可供比较的预测结果共计1276个。其中，预测值与实测值的相对误差＜10％的数据为1029个，占预测总数的80.6％，相对误差＞10％的为247个，仅占19.4％；绝对误差＜1mm的有1001个，占预测总数的78.4％。从这些数字可以看出，地下连续墙的变形预测精度较高，误差基本控制在了许可范围之内，满足工程需要，为该工程的信息化施工提供了依据，为确保整个工程的安全施工发挥了重要作用。二.厦门东通道(翔安海底隧道)越海工程围岩稳定分析与支护设计反演及施工变形险情预报研究根据施工图勘察、设计资料，应用边界元进行正演分析，对厦门东通道(翔安隧道)服务隧道进行了计算、分析和验证。在服务隧道沿线选取了18个典型断面，根据已有的施工图勘察资料和施工图阶段支护设计参数，对围岩内力、变形、受力破坏状况进行了计算和分析；用NK6+630断面变形量测结果进行了验证。根据A1、A2标段现有监测资料进行变形速率比值分析和趋势回归分析，研究了进洞以来A1、A2标段的收敛变形和拱顶沉降规律，并对各断面的变形状态进行判断。主要结论如下：(1)各断面最大主应力σ1=0.57～10.8MPa，最大值出现在海底隧道Ⅰ级围岩断面；拱顶收敛最大值9.26cm，出现在陆域；边墙收敛最大值12.76cm，出现在F3风化深槽。服务隧道F1风化囊附近局部围岩可能出现拉裂，其余各断面没有拉裂破坏。 (2)根据现有设计支护参数，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩情况下服务隧道各断面的应力和变形很小，围岩处于安全状态；而在Ⅳ、Ⅴ级围岩(含风化囊和风化深槽)情况下服务隧道洞周围岩可能发生全面屈服。用NK6+630变形量测结果进行了验证。计算结果与监测结果的对比说明，典型类比分析法的应用取得了初步成功，计算误差小于10％。 (3)尽管本工程围岩的水平地应力数值不大(最大水平地应力为3.24MPa)，不会导致施工中岩爆的发生，但研究发现，隧道围岩侧压力系数很大，高于国内很多工程。 (4)围岩应力和变形影响因素的敏感性分析表明，侧压系数对围岩受力和变形破坏影响极大。 (5)用变形速率比值法对隧道拱顶沉降和洞周收敛变形进行了分析。初步结果表明，在全强风化带，服务隧道拱顶沉降和收敛变形大约经过20-30天趋于稳定。主洞变形受施工因素影响，变形规律尚不明显。 (6)主洞和服务洞收敛变形规律为：主洞洞周收敛监测数据离散性大，数据波动频繁。在整体上尚未表现出明显的位移-时间规律。实测资料和回归分析表明，主洞周边收敛最大值为8cm，小于国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2001》规定的收敛阈值(经计算收敛阈值为13.6cm)；服务洞周边收敛最大值为3cm，小于国标规定的收敛阈值(经计算收敛阈值为6.34cm)。 (7)主洞和服务洞拱顶沉降规律为：主洞：自进洞30m长度内的拱顶沉降在3周～4周内达到稳定，以后各断面拱顶沉降在2周内达到稳定；随着隧洞长度的增加，拱顶沉降数值逐渐变小。服务洞：各断面拱顶沉降经3周左右达到稳定；随着隧洞长度的增加，前方拱顶沉降数值逐渐变小；在目前的同类型围岩中，服务洞拱顶沉降阈值可定为6cm。 (8)反演分析成果：根据洞周收敛和拱顶下沉实测值对服务隧洞NK6+630断面进行了力学参数的反演分析。结果表明，在厦门东通道陆域段的侧压系数高于理论值，铅锤应力高于岩土体自重应力。

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作者
阮文军;
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作者单位

同济大学;

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授予单位同济大学;
学科结构工程
授予学位博士后
导师姓名孙钧;
年度 2005
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类隧道施工;水底隧道;
关键词
公路大桥; 锚碇基坑; 海底隧道; 险情预报;

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