砂性地层地铁盾构隧道荷载与结构行为现场试验研究

1、砂性地层地铁盾构隧道荷载与结构行为现场试验研究【摘要】通过对地铁区间盾构隧道施工过程的监测，探明盾构区间隧道实际作用于管片的土水压力量值的相互作用规律，并以此为基础，研究了盾构隧道管片在不同阶段的相应的内力特征。【关键词】盾构隧道 地层作用规律 内力特征1 前言 为探明盾构施工条件下的地层及地下水对盾构管片的作用规律，研究实际作用在盾构主体结构上的土水压力的量值及规律，研究盾构隧道主体结构与地层的相互作用特征，特结合现场盾构隧道的施工，对盾构法施工过程进行了监测。全过程地监测作用于管片的实际土水压力及其变化过程，以及相应各阶段的内力值的变化过程，并研究了管片的内力特性。 因砂性地层具有其特定的

2、施工复杂性，并且在日前我国的沿海有广泛的代表性，特选取砂性地层并结合现场施工进行施工全过程监控测试。 测试研究对象为南京地铁南北线一期工程许府巷至南京站区间盾构隧道。选取的隧道主体结构处于粉砂、粉砂夹细砂地层，有较高的地下水位，地质条件复杂。隧道洞身位于粉砂夹细砂，上覆地层主要为粉砂夹细砂、粉土，表层为淤泥及淤泥质填土(流塑)，具体的地质资料见图1。 本次测试现场的管片的拼装方式是采用45度错缝拼装。2测试内容及测点布置简介21 测试元件简介 土压力的测定采用XYJ-3型，量程为03MPa，振弦式土压力盒；孔隙水压的测定采用XJS-2型，量程为02MPa，孔隙水压计。管片的环向变形采用XJH-

3、2型振弦式钢筋应变仪测定，规格为40MPa。裂缝张开度的测试仪器采用钢弦传感器，型号为XJW-2-B型，规格为30mm。所有的测试元件均采用zx-2型频率巡检仪接收变形频率。22测试内容及测点位置图221作用在隧道结构体上的土水压测试 测试的目的主要为探明盾构管片在实际中和周围地下水及周围地层及相互作用的量值及分布规律。注：因受施工因素制约，土压力测点5的初始部分量值无法测得。图6 土压力分布与作用规律图 由此不难从中得出结论，由于注浆的作用，在盾尾有一个较高的土压力区，在盾构管片在脱环的瞬间，作用在管片上。随着盾构向前推进，这一土压力在孔隙水的扩散，逐渐压密，孔隙率降低，土压力也逐渐衰减。

4、33盾构管片在土水压力作用下的轴力分布规律 从测点的轴力的增长曲线来看，在脱环的过程中增长较快，多点的增长量达到了最终轴力的8090，这反映了由于注浆压力的存在，致使盾构管片受荷较快的特性。脱环结果后，管片的轴力仍有一定的增长，这说明地层在这一段时间内仍有一定的变形变位，并且逐渐趋于稳定。本图的时间轴上的脱环过程历时较长，是因在施工过程中因发生盾构机具故障，导致脱环过程延长。 盾构在脱环后，由于受注浆压力的存在，致使在盾尾形成一个较高的土水压力区，在管片脱环的瞬间作用在管片上，随着盾构的向前推进，这一土水压力也逐渐衰减。在这一过程中，管片的轴力弯矩在脱环的瞬间增长很快，其中轴力在瞬间的增长量达

5、到最终轴力的80-90。同对弯矩的增长分为两部分，正弯矩脱环瞬间的增长量达到最终弯矩的8090，此后逐渐趋于稳定；而负弯矩的增长在脱环瞬间的迅猛增长之后，由于受地层变形变位的影响，弯矩在逐渐发展，而在这一过程中轴力的增长量很小。4 结论分析 根据在透水性良好的砂性土地层的现场测试分析，可得出如下初步结论： (1)在盾构施工过程中由于受注浆压力的影响，在盾尾部存在一个近于等值的土水压力场，这一压力场的量值大约在02MPa左右，在管片脱环时，瞬间作用在管片上，使管片的轴力猛增至800-1000m，此时管片的弯矩增长远不如轴力明显。但此过程中的径向压力所引起的轴力迅速增长是对管片的受力是有利的。按目前施工中采用的同步注浆压，对隧道结构无不良影响。 (2)随着盾构机推进，盾构隧道上作用的压力值逐渐衰减，向静水场和土压力共同组成的压力模式下发展。这一过程中伴随的是轴力的微量增长及负弯区逐渐增大，但其绝对量值并未超过极大的正弯点而成为控制设计的内力值。设计可不计及施工期间注浆压是偏于安全的。 (3)稳定后的轴力和弯矩值与9m埋深土柱压力(15倍的洞径)的理论计算弯矩及轴力值接近，且实测值良好地反映出了管片拼装的错缝效应，即附加弯矩及轴力