膨胀岩土地层盾构隧道管片结构荷载及内力特征.pdf

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1、第35卷，第3期中国铁道科学Vo1．35No．32014年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay，2014文章编号：1001-4632(2014)03-0056-08膨胀岩土地层盾构隧道管片结构荷载及内力特征方勇，符亚鹏，齐春，何川(西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都610031)摘要：选取成都地铁2号线ZCK40+805．8隧道断面为目标断面，在管片上布设土压力盒、水压力计和混凝土应变计，对具有弱膨胀性的强一中风化泥岩地层盾构隧道施工过程中管片结构的荷载及内力特征进行跟踪测试。分析测试数据可知：脱环初期管片结构

2、水压力变化较大，在管片拼装6O环后，水压力开始缓慢增加，隧道贯通后的最终水压力低于理论静水压力；管片结构土压力的实测值小于理论值，它反映了注浆层、地层水土压力等因素对结构主体的共同作用；管片结构内力的稳定需要时间较长，最大内力值出现在隧道贯通后。管片结构内力的实测值与理论计算值的对比分析表明，在该地层中应用荷载一结构模型进行管片结构内力分析时，若采用水土合算方法计算荷载，无须考虑地层膨胀力的作用。关键词：膨胀岩土；盾构隧道；荷载一结构模型；荷载；内力中图分类号：U451．4文献标识码：A成都地铁2号线一期工程站东广场站至东洪路学特性等，任

3、青阳(2006年)[11_对数值方法中膨站区间隧道位于强一中风化泥岩地层中，根据地质胀土采用的本构模型进行了研究，罗冲(2007勘察报告及室内试验结果可知，该地层具有膨胀年)L1、胡瑾(2011年)I1。]通过室内试验研究了膨性，为膨胀岩土地层，其自由膨胀率大多在659／6胀土在约束条件下的膨胀特性。以下，基本属于弱膨胀岩土范畴[1-2]。吸水膨胀、在膨胀岩土地层中修建城市地铁隧道尚属国内失水收缩是膨胀岩土的典型工程特性，膨胀变形则首次，成都地铁2号线一期工程前期地质勘察中虽是一个复杂的物理化学过程。有关膨胀岩土膨胀与然对膨胀岩土做了基本

4、的物理力学测试，但在盾构收缩原因的解释较多，如黏土矿物的晶格扩张理隧道结构设计中，关于膨胀岩土地层管片结构荷载论、流变本构方程的膨胀理论等L3]。国外同行多采及内力特征等问题仍未完全弄清楚。因此，本文通用室内试验和现场测试的方式研究膨胀岩土与隧道过分析现场跟踪监测数据，获得膨胀岩土地层中盾的相互作用，如Hawlader等(2005年)[4]采用室构隧道管片结构的荷载和内力基本特征，并与管片内试验和数值模拟的方法对页岩区域内地下结构的结构内力的理论计算结果进行对比，为弱膨胀性地膨胀效应进行了相应研究；Perez-Romero等层条件下盾构隧

5、道管片结构设计时膨胀力的取值提(2007年)L5]对黏性膨胀岩土区域隧道的截面形式、供参考。支护方式和衬砌结构进行了优化分析；Barla(2008年)嘲研究了不同应力路径条件下膨胀力对断面选择及元器件埋设结构的影响。国内关于膨胀岩土本构模型的研究成果也较多，张颖钧(1994年)[73对云台山隧道膨胀1．1测试断面选取岩的膨胀特性进行了室内测试，杨文辉(1999选取成都地铁2号线站东广场至东洪路区间里年)[、韩华强(2004年)[、范臻辉(2006程为ZCK40+805．8的隧道断面作为目标断面，进年)[10]也分别采用室内试验研究了膨胀土

6、的湿化行盾构隧道穿越膨胀岩土地层时管片结构的荷载及性、强度及变形特性、膨胀土与结构物接触面的力内力测试。该断面处由地表往下地层组成依次为：收稿日期：2013—03-20；修订日期：2014—02—13基金项目：国家自然科学基金资助项目(51278422)；国家科技支撑计划课题(2012BAG05B03)；四川省青年科技基金资助项目(2b12JQOO21)；中央高校专项资金资助项目(SWJTUllZT33)作者简介：方勇(1981一)，男，四川大竹人，副教授，博士。第3期膨胀岩土地层盾构隧道管片结构荷载及内力特征59密封油脂压力的作用；在管

7、片拼装第1环至第2环中，随着盾尾浆液压力的耗散，土压力再次降低；时，土压力迅速降低，这是因为测试管片脱出盾尾在管片拼装第4环后，土压力开始增大，这是因为后，密封油脂压力消失；在管片拼装第2环至第3地层土压逐渐作用到管片上，但同时盾尾浆液逐渐环的过程中，土压力又迅速回升，这是因为盾尾注凝固，在管片外侧形成了一层保护壳体，使得最终∞舳∞加加∞∞∞∞加浆压力的作用；在管片拼装第3环至第4环的过程的土压力增大并不明显。室R012347891530456184118170270342385411450469470管片拼装完成数／环图9土压力随施工进

8、度的变化情况注浆时及隧道贯通后管片结构土压力分布如图1O所示。由图10可以看出：在注浆时，土压力主要受注浆压力影响，沿管片环分布也较均匀；隧道贯通后，由于硬化后注浆层的包裹作用，土压力普遍低于