浅论地裂缝区间地铁隧道模型试验研究及其新型支护技术

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1、分类号UDC密级学号0708140748矛挤衬声去军硕士学位论文地裂缝区间地铁隧道模型试验研究及其新型支护技术熊田芳学科名称:__岩土工程学科门类:指导教师:邵生俊教授..................-..--.......-......一....申请日期:2010年逐_月独创性声明本人所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。’与我一同工作的同志对本文的研究工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处，由本

2、人承担一切相关责任论文作者签名:砰年多月酋日学位论文使用授权声明所有本，本人人.通今基后里在使立用在或导发。表该。指论导文涉下创及作的完研成究学内位容论时文，会。知注识明产西权安理归西工大安理学工。本大人学作为学位论文著作权拥有者，同意授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权(在以下“口”中标明，同意的划“矿”，不同意的划“x，’)，即:本人提交的印刷版和电子版学位论文，叮学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存;了学校可以将学位论文的全部内容编入公开的数据库进行检索;了学校可以将学位论文的摘要编入公开的数据库进行检索;咋校可以将公

3、开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所及校园网上供校内师生阅读、浏览。本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权西安理工大学研究生学院办理。(保密的学位论文在解密后，适用本授权说明)论文作者签名:导师签名:乡门口年了月)犷.日摘要论文题目:地裂缝区间地铁隧道模型试验研究及其新型支护技术学科专业:岩土工程研究生:熊田芳签名:焦，苏指导教师:邵生俊教授签名:渭平叫摘要西安地铁建设在地裂缝分布的地层中，地裂缝活动将导致隧道衬砌结构产生显著的附加应力和不均匀沉降，变形缝发生相对错动位移以及防渗设施失效。揭示地裂缝

4、活动条件下围岩压力、衬砌结构内力和不均匀沉降的发展变化规律，对于采取有效工程措施，保证地裂缝隧道正常运行具有重要的实际意义。本文以西安地铁2号线小寨站一八里村站区间内穿越场地裂缝的地铁隧道为研究对象，结合实际工程的具体设计方案，开展了地铁隧道骑缝正交和斜交穿越地裂缝条件下衬砌结构与围岩相互作用的模型试验研究。首先，按照50:1的几何比尺，自主研制了一台地裂缝隧道模型试验装置，该装置采用气压囊加荷方式模拟不同埋深的隧道围岩应力场，通过控制沉降底盘模拟正交和45“斜交地裂缝的活动。另外，还配套地设计开发了柔性薄膜液压土压力计及不均匀沉降

5、测量系统。然后，模拟地层土性条件、正交或45“斜交地裂缝、分缝衬砌结构和竖向应力为O.05MPa、0.IOMPa和O.15MPa围岩应力场，进行模型试验。得到了如下认识:l)在正交地裂缝错动位移条件下，上、下盘内距离地裂缝20m、18m范围内，衬砌结构有明显的不均匀沉降，且骑缝两侧衬砌结构的不均匀沉降发展显著;上盘内衬砌结构的不均匀沉降随距离地裂缝的距离增大而逐渐减小，下盘内衬砌结构的沉降位移小。而在45。斜交地裂缝错动位移条件下，上、下盘内距离地裂缝30m、2m范围内，衬砌结构的不均匀沉降变化明显，地裂缝两侧衬砌结构的不均匀沉降变

6、化趋缓。2)随着地裂缝错动位移的发展，隧道正交、骑缝穿越地裂缝时，上盘内拱顶、拱底均会出现围岩作用的松弛，同时侧墙土压力增大;下盘内拱顶、拱底和侧墙的围岩压力均会增大，衬砌结构的压应力会增大;围岩土压力增量的最大值均发生在下盘内地裂缝附近;各段衬砌结构与围岩土体间的相互作用及不均匀沉降发展，使得下盘内各变形缝两侧衬砌结构围岩土压力均出现突变。3)与正交地裂缝隧道相比较，斜交地裂缝对地铁隧道的影响更大，更容易造成地铁隧道受拉破坏和上盘内仰拱底脱空。不同围岩应力场中，衬砌结构不均匀沉降位移变化规律相似;围岩应力场越大，地裂缝错动位移引起

7、的围岩土压力和衬砌结构应力变化越显著。4)骑缝斜交穿越地裂缝时，骑缝两侧衬砌结构部分处于“悬臂梁”受力状态，并产西安理工大学硕士学位论文生纵剖面内的旋转位移。上盘衬砌结构拱顶处和下盘衬砌结构拱顶、拱底土压力增大，衬砌结构内力同时也增大，均较正交穿越地裂缝时大，并将导致衬砌结构受拉破坏。上盘内拱底围岩土压力及衬砌结构内力大幅度降低，在错动位移达到IO0cm时产生脱空。最后，针对地裂缝长期缓慢活动、隧道衬砌结构附加应力增长和不均匀沉降变形发展问题，应用具有流变性、抗裂性、防渗性等优点的沥青混凝土材料，提出了沥青混凝土复合衬砌结构支护技术

8、。该技术是在初衬和二衬之间构筑沥青混凝土衬砌复合衬砌，以便能够适应地裂缝活动引起的不均匀变形而不产生裂缝，增强变形缝的防渗能力，改善二次衬砌结构受力环境和削弱外部荷载(地裂缝活动或地震作用)对隧道的影响。该支护技术对于地裂区和强震地区