地层空洞影响下地铁盾构隧道衬砌结构响应试验研究

• 作者: 管锋 魏度强 雷金山 石钰锋 曹成威
• 来源期刊: 铁道科学与工程学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 衬砌背后空洞 盾构隧道 受力特征 变形规律 接触状态 模型试验
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 桥梁隧道与结构|Bridge,Tunnel and Structure
• 页码范围: 461-469
• 页数: 9页
• 分类号: U45
• 语种: 中文
• DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20210112

摘要

为探究盾构隧道管片背后空洞对隧道结构的影响,采用模型试验手段,考虑空洞形成过程,分别就无空洞,拱顶、拱腰、拱底背后空洞4种工况下衬砌结构变形、受力、与地层接触压力的响应规律进行研究.研究结果表明:无空洞时,衬砌受到均匀的地层压力,同时地层也提供给衬砌充足的地层反力,管片内力呈"对称式"分布.有空洞时,空洞的存在改变了衬砌与周边地层的接触状态,空洞附近衬砌所受地层抗力消失,受偏压作用衬砌截面发生趋向于空洞处的变形,衬砌结构整体受力状态恶化,内力分布较为复杂,空洞边缘位置处出现应力集中效应.不同空洞位置对隧道结构安全性影响排序为:拱腰>拱顶≥拱底.拱腰背后存在空洞时,该截面弯矩值较无空洞增长约2.78倍,管片外侧受较大拉应力.拱顶、拱底背后存在空洞时,衬砌结构变形及受力趋势较为相似,均表现为空洞所在截面处管片弯矩值较无空洞时显著降低,而两侧临近截面处弯矩值出现增长,原截面弯矩值转由两侧临近截面分担;不同的是,拱顶背后存在空洞时,当空洞尺寸增大至一定值,拱顶两侧均出现反弯点,拱顶弯矩值发生反向,拱顶由原受正弯变为受负弯状态(规定衬砌内侧受拉、外侧受压时为正弯矩),空洞所在截面处弯矩变化率较大,管片易受集中荷载作用.