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摘要
目前针对基坑开挖诱发隧道横向结构变形的解析理论研究，一般将隧道衬砌视为无接头存在的整环或将衬砌接头刚度取为定值，较少考虑衬砌接头非线性特性带来的影响。基于衬砌接头抗弯刚度非线性计算模型，采用状态空间法对衬砌接头刚度进行迭代求解，探究了基坑开挖影响下衬砌接头非线性作用对隧道横向内力及变形的影响。首先，基于Mindlin应力解求得考虑环间剪切力作用的基坑开挖在隧道衬砌周围产生的附加荷载；接着，将隧道衬砌接头简化为由螺栓、核心混凝土、内部及外部填充混凝土四部分组成的模型，考虑“矩形-抛物线”混凝土应力应变关系，得到“接头分离前-接头分离后填充混凝土未接触-填充混凝土接触”三阶段状态的衬砌接头抗弯刚度非线性变化关系；然后，基于状态空间法得到衬砌接头、管片段及整环的内力位移传递关系，求解出考虑衬砌接头非线性影响的基坑开挖作用下隧道横向内力及变形。最后，采用工程监测数据及模型试验结果与本文理论解进行对比验证。此外，针对基坑开挖尺寸（开挖长度、深度）和衬砌接头相关参数（螺栓等级、衬砌厚度）进行了影响因素分析。分析结果表明，随着开挖尺寸的增加，其对拱顶、拱腰附加弯矩的影响小于拱底，对拱肩附加剪力的影响小于拱脚；开挖深度变化对衬砌变形影响增大，而开挖长度变化对衬砌变形影响减小。随着螺栓等级和衬砌厚度减小，其对拱顶、拱腰附加弯矩的影响大于拱底，对拱肩附加剪力的影响大于拱脚，对衬砌变形的影响增大。接头受力位于不同阶段对衬砌附加轴力影响较小。
