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摘要
为探究盾构隧道管片背后空洞对隧道结构的影响，采用模型试验手段，考虑空洞形成过程，分别就无空洞，拱顶、拱腰、拱底背后空洞4种工况下衬砌结构变形、受力、与地层接触压力的响应规律进行研究。研究结果表明：无空洞时，衬砌受到均匀的地层压力，同时地层也提供给衬砌充足的地层反力，管片内力呈“对称式”分布。有空洞时，空洞的存在改变了衬砌与周边地层的接触状态，空洞附近衬砌所受地层抗力消失，受偏压作用衬砌截面发生趋向于空洞处的变形，衬砌结构整体受力状态恶化，内力分布较为复杂，空洞边缘位置处出现应力集中效应。不同空洞位置对隧道结构安全性影响排序为：拱腰>拱顶≥拱底。拱腰背后存在空洞时，该截面弯矩值较无空洞增长约2.78倍，管片外侧受较大拉应力。拱顶、拱底背后存在空洞时，衬砌结构变形及受力趋势较为相似，均表现为空洞所在截面处管片弯矩值较无空洞时显著降低，而两侧临近截面处弯矩值出现增长，原截面弯矩值转由两侧临近截面分担；不同的是，拱顶背后存在空洞时，当空洞尺寸增大至一定值，拱顶两侧均出现反弯点，拱顶弯矩值发生反向，拱顶由原受正弯变为受负弯状态(规定衬砌内侧受拉、外侧受压时为正弯矩)，空洞所在截面处弯矩变化率较大，管片易受集中荷载作用。
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