飞行区复合地层下穿越盾构隧道力学特性及道面沉降预测

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在机场飞行区下修建盾构隧道工程一方面需保证隧道施工过程中的安全,避免因盾构施工引起机场道面过度沉降进而影响飞机的正常起降,另一方面需考虑不停航飞机移动荷载对下穿隧道结构安全性的影响。而在机场飞行区上软下硬复合地层中进行盾构隧道施工难度更大,管片的力学特性也更为复杂。本文依托穗莞深城际铁路SHZ-9标盾构隧道下穿越深圳宝安国际机场工程,针对实际工程问题,采用资料调研,理论分析、数值模拟及现场监测等方法进行了研究,分析了不同类型大飞机荷载引起的道面下方土体的响应范围,飞行区复合地层盾构隧道管片受力特性,飞机移动荷载作用下引起的复合地层隧道响应情况以及飞行区复合地层盾构施工引起的道面沉降规律,本文主要研究内容及成果如下:(1)利用布辛奈斯克解和弹性层状理论,推导了飞机荷载作用下土体任意深度处的附加应力公式;基于推导的公式利用Matlab分析了空客A380-800、波音B-747-400、B-777-300ER三种飞机荷载产生的附加应力值规律,确定了三种大飞机最大竖向应力作用点位置;通过分析三种类型大飞机在附加应力最大值点沿不同方向的变化规律,得到了三种大飞机荷载在不同覆土深度下对飞行区盾构隧道影响范围的计算公式。(2)通过数值仿真对飞行区复合地层盾构隧道管片受力进行了分析,研究了不同隧道顶部覆土深度及隧道断面地层复合比下管片的力学特性规律,研究发现:隧道管片变形和轴力受覆土深度影响较大,受地层复合比影响较小;而管片弯矩受覆土深度影响较小,受地层复合比影响较大。(3)考虑最不利飞机荷载的影响,通过数值模拟,研究了飞机移动荷载作用下引起的飞行区复合地层盾构隧道管片的响应规律,当飞机荷载位于隧道正上方时有最大影响,且受地层因素影响飞机荷载引起的隧道管片的响应在地层分界处有所差异。(4)提出了一种适用于机场飞行区下穿越盾构施工时道面沉降实时监测方法;基于飞行区道面沉降实测数据,通过引入修正系数α和β后得到了适用于本工程区段的修正Peck沉降预测公式,当修正系数α在0.5~0.9区间,β在1.0~1.4区间时,计算得到的修正Peck预测公式能够准确的预测本区段飞行区复合地层盾构隧道施工引起的机场道面的沉降,具有重要的工程指导意义。
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