地裂縫區(qū)間地鐵隧道模型試驗研究及其新型支護技術(shù).pdf

1、西安地鐵建設在地裂縫分布的地層中,地裂縫活動將導致隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的附加應力和不均勻沉降,變形縫發(fā)生相對錯動位移以及防滲設施失效。揭示地裂縫活動條件下圍巖壓力、襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力和不均勻沉降的發(fā)展變化規(guī)律,對于采取有效工程措施,保證地裂縫隧道正常運行具有重要的實際意義。本文以西安地鐵2號線小寨站～八里村站區(qū)間內(nèi)穿越f8地裂縫的地鐵隧道為研究對象,結(jié)合實際工程的具體設計方案,開展了地鐵隧道騎縫正交和斜交穿越地裂縫條件下襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用

2、的模型試驗研究。首先,按照50:1的幾何比尺,自主研制了一臺地裂縫隧道模型試驗裝置,該裝置采用氣壓囊加荷方式模擬不同埋深的隧道圍巖應力場,通過控制沉降底盤模擬正交和45°斜交地裂縫的活動。另外,還配套地設計開發(fā)了柔性薄膜液壓土壓力計及不均勻沉降測量系統(tǒng)。然后,模擬地層土性條件、正交或45°斜交地裂縫、分縫襯砌結(jié)構(gòu)和豎向應力為0.05MPa、0.10MPa和0.15MPa圍巖應力場,進行模型試驗。得到了如下認識：1)在正交地裂縫錯動位移條

3、件下,上、下盤內(nèi)距離地裂縫20m、18m范圍內(nèi),襯砌結(jié)構(gòu)有明顯的不均勻沉降,且騎縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)的不均勻沉降發(fā)展顯著；上盤內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)的不均勻沉降隨距離地裂縫的距離增大而逐漸減小,下盤內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)的沉降位移小。而在45°斜交地裂縫錯動位移條件下,上、下盤內(nèi)距離地裂縫30m、22m范圍內(nèi),襯砌結(jié)構(gòu)的不均勻沉降變化明顯,地裂縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)的不均勻沉降變化趨緩。2)隨著地裂縫錯動位移的發(fā)展,隧道正交、騎縫穿越地裂縫時,上盤內(nèi)拱頂、拱底均會出現(xiàn)圍巖作

4、用的松弛,同時側(cè)墻土壓力增大；下盤內(nèi)拱頂、拱底和側(cè)墻的圍巖壓力均會增大,襯砌結(jié)構(gòu)的壓應力會增大；圍巖土壓力增量的最大值均發(fā)生在下盤內(nèi)地裂縫附近；各段襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖土體間的相互作用及不均勻沉降發(fā)展,使得下盤內(nèi)各變形縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)圍巖土壓力均出現(xiàn)突變。3)與正交地裂縫隧道相比較,斜交地裂縫對地鐵隧道的影響更大,更容易造成地鐵隧道受拉破壞和上盤內(nèi)仰拱底脫空。不同圍巖應力場中,襯砌結(jié)構(gòu)不均勻沉降位移變化規(guī)律相似；圍巖應力場越大,地裂縫錯動位移引

5、起的圍巖土壓力和襯砌結(jié)構(gòu)應力變化越顯著。4)騎縫斜交穿越地裂縫時,騎縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)部分處于“懸臂梁”受力狀態(tài),并產(chǎn)生縱剖面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)位移。上盤襯砌結(jié)構(gòu)拱頂處和下盤襯砌結(jié)構(gòu)拱頂、拱底土壓力增大,襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力同時也增大,均較正交穿越地裂縫時大,并將導致襯砌結(jié)構(gòu)受拉破壞。上盤內(nèi)拱底圍巖土壓力及襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力大幅度降低,在錯動位移達到100cm時產(chǎn)生脫空。最后,針對地裂縫長期緩慢活動、隧道襯砌結(jié)構(gòu)附加應力增長和不均勻沉降變形發(fā)展問題,應用具有流變性