论文部分内容阅读
目前我国正处在地铁大国向地铁强国转变的关键阶段,其中盾构法施工以其风险小、干扰弱、进展快等多项优点,在一大批省会城市及重要城市的大跨越发展中起到了弥足轻重的作用。盾构开挖面及衬砌管片稳定性对于保障隧道正常施工安全至关重要,然而,天然岩土体参数不确定性及结构参数变异性对开挖面及支护结构稳定性具有较大的影响。常用的确定性分析方法无法合理解释材料参数模糊性及不确定性的影响,传统可靠度分析方法计算效率低,难以直接用于解决复杂的盾构隧道可靠度难题。针对以上问题,本文发展了盾构隧道可靠度分析的非侵入式随机方法,搭建了可靠度分析与商业有限差分软件的接口框架,在此基础上,探讨了地质参数不确定性及结构参数变异性对隧道开挖面稳定及衬砌管片变形可靠度的影响规律。具体研究内容如下:(1)介绍了非侵入式随机方法的基本理论及计算步骤,以Hermite随机多项式展开为例阐述了代理模型构建方法,在MATLAB软件平台下编写了盾构隧道可靠度分析的非侵入式随机方法计算程序,借此分析了盾构隧道开挖面稳定及衬砌管片变形可靠度问题。非侵入式随机方法无需修改有限差分计算源代码,实现了盾构隧道有限差分分析与可靠度分析一体化,计算效率明显高于直接蒙特卡洛模拟方法,为解决复杂条件下盾构隧道可靠度问题提供了一条有效的途径。(2)依托南昌地铁1号线过江段隧道工程,分析了隧道极限支护前后的掌子面变形与渗流情况,探讨了隧道上覆土层参数对开挖面极限支护力的影响规律,采用2阶Hermite多项式展开建立了极限支护力与17个重要输入参数之间的代理模型,基于非侵入式随机方法对开挖面的稳定性进行了可靠度评估。隧道上覆土层参数对掘进面和失稳滑移面延伸范围具有重要的影响,非侵入式随机方法可以极大地提高盾构隧道开挖面稳定可靠度计算效率。(3)依托南京地铁3号线盾构隧道工程,分别基于节点优化方法和有限差分方法分析了管片衬砌受力及变形情况,并基于MCS方法和非侵入随机方法探讨了管片不同拼装方式和最大允许变形量对盾构管片内力、变形及可靠度的影响规律。管片衬砌最大允许变形量对管片变形可靠度具有重要的影响,相比之下管片拼装方式对变形可靠度影响较小。选用八个均等分管片拼装方式可以使得管片所承受的正弯矩更大,产生管片变形量更小,因而相应的管片衬砌结构具有更好的稳定性。