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盾构法修建的输水隧洞在解决我国城市用水紧张、城市之间水资源分配不均等问题中发挥了重要作用。随着常用的盾构输水隧洞单层及双层衬砌无法满足越来越高的运营内压需求,三层衬砌结构开始在工程界备受关注。本文以珠江三角洲水资源配置工程为研究背景,针对“外衬管片-中衬自密实混凝土(SCC)-内衬钢管”三层叠合式输水隧洞衬砌结构的承载性能及破坏机理,开展了结构在内外载联合作用下的足尺模型试验研究。试验包括无内压工况、内压变化工况两部分,分别模拟了盾构输水隧洞结构内部未充水时及充满水承压时的两种运营状态。本文对三层叠合式衬砌结构的11个测量指标进行了详细的分析,同时对三层衬砌的荷载分担比例进行了讨论,得到了一些结构响应规律与认识,可为该型输水隧洞结构的设计优化和工程应用提供一定的建议和参考。本文主要工作和研究成果总结如下:(1)试验采用了12组千斤顶加载方案模拟叠合式衬砌结构承受的外部荷载作用;提出了采用特制柔性囊体配合内反力钢架施加高内压的模拟方法。(2)对比了传统的点式传感器与分布式光纤传感器的优缺点及适用场合,论证了分布式光纤感测技术的先进性及其在本次结构足尺试验的适用性,采用了“光纤为主,传统配合”的测量方案。(3)无内压工况试验结果表明:三层叠合式衬砌结构在常时设计外载作用下仍保持弹性工作状态,说明结构体系的外压承载力仍有很大发挥空间。三层衬砌中,中衬SCC层承担外载比例最大,管片次之,内衬钢管承担外载比例最小。(4)内压变化工况试验结果表明:三层叠合式衬砌结构经历弹性、弹塑性及破坏三个阶段,呈连续性破坏特征——当内压低于0.6MPa时,叠合式衬砌结构处于弹性工作状态,SCC层是主要承压结构,三层衬砌联合承载稳定;当内压达0.6MPa,SCC层开始产生宏观裂缝且基本退出内压分担工作,管片成为主要承压结构,结构体系进入弹塑性阶段;当内压达0.965MPa时,管片螺栓屈服,管片内压分担比例大幅度下降,内水压力主要由内衬钢管承担,结构进入破坏阶段。