盾构无障碍接收中GFRP筋桩体变形破坏三维地质力学模型试验研究

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盾构法施工主要分为3个阶段:盾构始发、盾构掘进、盾构接收。随着盾构无障碍接收技术的出现,即采用玻璃纤维筋(GFRP)混凝土桩代替钢筋混凝土围护结构,实现盾构直削桩体接收。无障碍接收技术取消了人工凿除围护桩的过程,不仅缩短了工期,还避免了土体坍塌,涌水涌沙等工程事故的发生,具有良好的工程前景。而在盾构无障碍接收技术中,盾构机切割GFRP桩体破坏这一环节极为关键。在盾构接收过程中,由于无障碍接收端GFRP筋桩体背后为接收井临空侧,若发生GFRP筋桩体变形过大甚至破坏,导致洞口土体失稳,将会产生一定的工程事故。因此,分析在此过程中GFRP筋桩体变形、破坏的规律,总结出一个无障碍接收中洞口GFRP筋桩体稳定性力学模型,以此来保障接收端洞口的安全具有重要意义。本文首先通过数值模拟的方法,以模型试验为背景,模拟分析了GFRP筋桩体变形、破坏规律,建立盾构无障碍接收GFRP筋桩体稳定性力学模型;根据数值分析的理论指导,在相似理论的基础上,设计并进行GFRP筋桩体破坏三维地质力学模型试验,与数值模拟结果进行对比分析。最后以北京地铁10号线实际工程为背景,根据现场监测数据,对其GFRP筋桩体设计以及施工进行一定的改良。具体研究成果如下:(1)盾构无障碍接收GFRP筋桩体变形及破坏规律数值模拟研究。研究发现盾构推力越大,最终造成的桩体位移也越大;盾构距离洞口越近,盾构推力的影响也越来越明显;GFRP筋桩体位移最大值位于洞口中心埋深处,向上下两端逐渐减小。最大主应力在GFRP筋桩体上成椭圆或圆形截面分布,在GFRP筋桩体中心处存在最大主应力极大值,并向上下两侧逐渐减小;在桩体中部存在弯矩最大值Mmax;而在桩体的上下两端存在剪力最大值Vmax。(2)在GFRP筋桩体变形、破坏规律研究基础上,从盾构无障碍接收施工工艺入手,分析了接收过程中GFRP筋桩体稳定性的影响因素。根据受力分析结果建立无障碍接收端桩体稳定性力学模型,提出了判断桩体稳定性的准则,并根据实际工程情况进行分析论证。(3)以相似理论为基础,根据数值模拟结果的理论指导,设计并进行盾构无障碍接收中GFRP筋桩体破坏三维地质力学模型试验。分析了模型桩体的应力、位移等数据,总结了模型GFRP筋桩体的破坏规律,与数值模拟结果相似。(4)结合实际工程现场状况与监测数据分析,将无障碍接收GFRP筋桩体稳定性力学模型运用到工程应用当中,为该工程优化了GFRP筋桩体设计和接收阶段的盾构参数控制。
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