南寧膨脹巖與地鐵盾構管片相互作用研究.pdf

1、南寧市軌道交通工程較多路段將穿越膨脹巖區(qū)域,該區(qū)域主要為第三系膨脹性泥巖,其成巖時間短,膠結程度差,具有顯著吸水膨脹和失水收縮的特性。膨脹巖的脹縮性將對盾構管片內力和變形產生影響,膨脹巖與盾構管片的相互作用研究是一個全新的工程難題,值得深入研究。本文以南寧軌道交通一號線穿越膨脹巖區(qū)域為靶區(qū),通過資料收集及綜合分析,采用室內試驗、數(shù)值計算及大型物理模型試驗等綜合研究方法,開展了膨脹巖與地鐵隧道結構相互作用研究。
　　通過現(xiàn)場調研和資

2、料整理,剖析了南寧第三系泥巖的工程特性,揭示了南寧第三系膨脹泥巖的分布及構造特殊性,并對其物理指標、力學指標及膨脹特性指標進行了分析研究。基于區(qū)域工程地質條件、隧道上覆土層特征、水文地質條件等因素,對南寧軌道交通一號線膨脹巖區(qū)段進行巖層組合特性研究,提出了巖層組合模型。通過機理試驗,研究了膨脹變形的時程特性和膨脹力影響因素及其關系。提出了綜合考慮干密度和初始含水率雙因素對膨脹力影響,獲得膨脹力與干密度、初始含水率之間關系：（公式略）。并

3、開展微變形條件下膨脹力試驗研究,提出了膨脹力隨著微變形變化的規(guī)律,即微變形膨脹力與對應的零變形膨脹力之比隨變形率增大而呈指數(shù)變小,得到膨脹力比值與微變形率關系式為:P/P0(ε)=C·eD·ε，其中C,D為擬合常數(shù)。
　　在此基礎上,針對代表性巖層組合模型采用荷載-結構法,并考慮膨脹巖層施加范圍對盾構管片的影響,研究不同情況下膨脹力對盾構管片內力及位移變形規(guī)律。研究表明:盾構管片受力最不利巖層組合模型是底部為膨脹巖,上部為非膨脹巖

4、層的第III類巖層組合;并研究得出了管片彎矩和變形隨著底部膨脹圍巖厚度的變化規(guī)律,即彎矩和變形隨著盾構管片底部與膨脹圍巖接觸厚度夾角θ的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,其中最大正彎矩在θ=45°時出現(xiàn),最大負彎矩和最大變形出現(xiàn)在θ=30°?？紤]膨脹力隨著接觸變形而衰減的修正模型進行數(shù)值計算,改進后計算模型能夠更準確反映膨脹力對管片的內力和變形影響規(guī)律,考慮膨脹力折減后其內力和變形值均有所減小。結合計算分析結果,構建膨脹巖圍巖與盾構管片大型模

5、型試驗,分別圍巖介質中埋設濕度傳感器、土壓力盒,在管片結構中埋設應變計和百分表,通過改變重塑膨脹性圍巖的含水率以模擬膨脹力施加,實測盾構管片和圍巖的內力、變形情況,研究盾構管片結構受力、變形規(guī)律,實測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果相吻合。
　　基于南寧第三系膨脹性泥巖特殊和復雜的工程特性,在數(shù)值和物理模型研究基礎上,解決了該區(qū)盾構設計中如何考慮膨脹圍巖影響的難題,給出了在膨脹圍巖下盾構管片的膨脹力施加范圍以及膨脹力施加方式,優(yōu)化了設計計算模型