摘　要　以南京地铁一号线为工程背景,采用现场试验的研究手段对穿越粘性地层的盾构隧道管片结构在施工全过程和稳定期的力学行为进行了系统研究,同时采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型对其进行了有限元数值模拟分析,并将结果进行比较和综合,提出了粘性地层条件下地铁盾构隧道管片结构的设计原则与方法。

　　1 前　言

　　盾构隧道单层拼装式管片衬砌结构的内力及变形计算模型,通常采用均质圆环模型[1]及考虑管片接头效应的梁-弹簧模型[2,3]。虽然梁-弹簧模型考虑了管片接头效应,但实际的荷载模式及结构与围岩的作用模式等都是建立在一定的假设基础上,结果随参数取值的不同而具有较大的差异,具体的作用模式还有待进一步研究确定[2]。为探明施工过程盾构隧道管片结构的力学行为特征,本文采用现场试验的研究手段对穿越粘性地层的盾构隧道管片结构在施工全过程和稳定期的力学行为进行系统研究,并将结果与梁-弹簧模型进行比较和综合,提出粘性地层条件下地铁盾构隧道管片结构的设计原则与方法。

　　2 试验概况

　　2.1 试验断面

　　现场试验断面位于南京地铁一号线TA15标段桩号YK13+872处,洞身位于淤泥质粉质粘土中,隧道上覆约4m厚淤泥质粉质粘土,表层为粉砂夹细砂,隧道埋深9m左右,地质概况如图1所示。地铁区间盾构隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片构筑衬砌环,管片环内直径5.50m,幅宽1.20m,厚0.35m。衬砌环由6块管片组成,封顶块圆心角21.5°,2个邻接块圆心角68.0°,3个标准块圆心角67.5°,每环管片设16处纵向接头,接头按22.5°等角度布置,管片环在纵向采用45°错缝式拼装,衬砌管片环拼装及试验断面如图2所示。

　　2.2 试验内容

　　现场试验从管片衬砌托环瞬间开始一直到各测试项目稳定为止。试验内容包括作用在盾构隧道管片结构上的土压力、孔隙水压力以及管片结构的内力:采用量程为0.3MPa的XYJ-3型刚弦式土压力盒测试土压力;采用量程为0.2MPa的XJS-2型孔隙水压力计测试孔隙水压力;采用量程为3000微应变的XJH-2型刚弦钢筋应变仪测试管片内、外侧应变,通过管片内、外侧应变再得出管片的内力。

　　2.3 测点布置

　　在试验目标环内总共布置了8个土压力、8个孔隙水压力、16对管片内力测点。测点布置如图3。水压力随施工过程的变化情况如图4所示,从图4可以看出:从目标环托环开始到其后10环管片范围内的施工中,作用在目标环上的水压力值变化较大,当施工范围达到目标环20环以外后,作用在目标管片环上的水压力值才基本趋于稳定;从量值上看,作用在盾构管片环上的水压力局部达到0.28MPa,由于目标环处的最大埋深为9m左右,由此可得,孔隙水压力计在目标环托环开始到其后10环管片范围内测得的水压力还应包括作用在目标环上的注浆压力等其它荷载,图5为注浆压力稳定后最终目标管片环上的水压力分布情况。

　　3 试验结果与分析

　　3.1 水压力变化与分布规律

　　测试目标环托环后作用在目标环管片衬砌上的从上述可以得出:粘性地层条件下,由于粘性土的渗透系数较低,注浆压力不能很快消散,粘性地层条件下在盾构管片环托环后一定范围(

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