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(jié)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(gòu)管片內(nèi)力和變形產(chǎn)生影響,膨脹巖與盾構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)相互作用研究。
　　通過現(xiàn)場調(diào)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(gòu)造特殊性,并對其物理指標、力學(xué)指標及膨脹特性指標進行了分析研究?；趨^(qū)域工程地質(zhì)條件、隧道上覆土層特征、水文地質(zhì)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(guān)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(guān)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(yīng)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(guān)系式為:P/P0(ε)=C·eD·ε，其中C,D為擬合常數(shù)。
　　在此基礎(chǔ)上,針對代表性巖層組合模型采用荷載-結(jié)構(gòu)法,并考慮膨脹巖層施加范圍對盾構(gòu)管片的影響,研究不同情況下膨脹力對盾構(gòu)管片內(nèi)力及位移變形規(guī)律。研究表明:盾構(gòu)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(gòu)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(nèi)力和變形影響規(guī)律,考慮膨脹力折減后其內(nèi)力和變形值均有所減小。結(jié)合計算分析結(jié)果,構(gòu)建膨脹巖圍巖與盾構(gòu)管片大型模

5、型試驗,分別圍巖介質(zhì)中埋設(shè)濕度傳感器、土壓力盒,在管片結(jié)構(gòu)中埋設(shè)應(yīng)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(gòu)管片和圍巖的內(nèi)力、變形情況,研究盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)受力、變形規(guī)律,實測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果相吻合。
　　基于南寧第三系膨脹性泥巖特殊和復(fù)雜的工程特性,在數(shù)值和物理模型研究基礎(chǔ)上,解決了該區(qū)盾構(gòu)設(shè)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(gòu)管片的膨脹力施加范圍以及膨脹力施加方式,優(yōu)化了設(shè)計計算模型