基于膨胀岩土地层盾构隧道结构力学分析研究.pdf

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1、第４１卷，第３期公路工程Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３２０１６年６月ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．，２０１６基于膨胀岩土地层盾构隧道结构力学分析研究薛建荣，张营营（黄河水利职业技术学院，河南开封４７５００１））［摘要］随着我城市建设高速发展，地铁在很多城市中不断出现，盾构工法也成为隧道施工的主要方法。从理论和试验两个角度分析膨胀岩土层盾构隧道结构的力学特性理，研究表明：岩土土压力数值在同一断面中的中心轴线上最大，越远离中心轴线数值边的越小，最大土压力大约为１１０ｋＰａ；膨胀岩土层管片内壁底部的含水率增大时，膨胀岩土开始发生膨胀，管片底部的最中心位置出现最大变形１.１８ｍｍ，盾构底部出现

2、最大负弯矩，其值为－０.４６ｋＮ·ｍ；数值模拟结果显示最大弯矩出现的位置在膨胀岩土地层盾构隧道结构的底部，设计过程中要对该位置进行耐久性设计，本文的研究可以为膨胀岩土地层地区盾构隧道的设计、施工和管理提供参考。［关键词］膨胀岩土；盾构隧道；力学特征；试验研究［中图分类号］Ｕ４５５.４３［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１６）０３—００５５—０５ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌｏｆＳｈｉｅｌｄＴｕｎｎｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＥｘｐａｎｓｉｏｎｏｆＲｏｃｋＳｔｒａｔｕｍＸＵＥＪｉａｎｒｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｉｎｇｙｉｎｇ（ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＣｏｎｓｅ

3、ｒｖａｎｃｙＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋａｉｆｅｎｇ，Ｈｅｎａｎ４７５００１，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈ﹣ｓｐｅｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｕｒｂａｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｂｗａｙｉｎｍａｎｙｃｉｔｉｅｓｃｏｎｔｉｎｕｅｔｏｅｍｅｒｇｅ，ｓｈｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｅｐｌｙｆｒｏｍｔｗｏａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｘｐａｎｓｉｖｅｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｃｈａ

4、ｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｕｄｙｓｈｏｗｓｔｈａｔ：ｒｏｃｋｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ，ｆａｒｔｈｅｒａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｃｅｎｔｅｒａｘｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｄｇｅｉｓｓｍａｌｌ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆａｂｏｕｔ１１０ｋＰａ；ｔｈｅｗａｔｅｒｓｗｅｌｌｉｎｇｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌｓｅｇｍｅｎｔｔｈｅｉｎｎｅｒｗａｌｌｏｆｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｒａｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｅｘｐａｎｓｉｖｅｓｏｉｌｂｅｇａｎｔｏｓｗｅｌｌ，

5、ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓ１.１８ｍｍ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｎｅｇａｔｉｖｅｍｏｍｅｎｔａｐｐｅａｒｓａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｓｈｉｅｌｄ，ｉｔｓｖａｌｕｅｉｓ－０.４６ｋＮ·ｍ；Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｏｃｃｕｒｓｉｎｅｘｐａｎｓｉｖｅｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌｌａｙｅｒａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｄｕｒａｂｉｌ

6、ｉｔｙｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｒｅ﹣ｓｅａｒｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｌａｎｄａｒｅａ，ｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｖｅｒｏｃｋｌａｙｅｒｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｃｏｎ﹣ｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ.［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｅｘｐａｎｓｉｖｅｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌ；ｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ重力作用下会出现膨胀、收缩的循环过程，造成隧道０前言的向内积压以及位移，这种现象一般要经历较长时随着我们土木工程的高速发展，城市建设的地间的干

7、湿交替才会出现，合肥地铁、昆明地铁在修建上空间越来越紧张，合理的开发利用地下空间成为中都遇到了膨胀岩土工问题。因此，国内外很多学解决建设用地紧缺的最佳途径。工程中进行隧道施者针对膨胀岩土地层盾构隧道施工开展了很多的研工会遇到膨胀岩土层，其对围岩周边环境较为敏感，［１］究，ＧｏｕｌｄＳ研究了挪威的Ｃｈｉｎｇａｚａ引水隧道破坏不利于隧道工程的施工，开挖后的膨胀岩土隧道在形态；Ｐ.Ｒａｊｅｅｖ［２］通过理论分析及数