岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 941-951.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0721

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盾构下穿高铁路基变形规律模型试验研究

刘勇1, 2,周怡晟1,索晓明3,樊浩博1, 2,曹毅泽1,杜志田3   

  1. 1. 石家庄铁道大学 土木工程学院,河北 石家庄 050043;2. 石家庄铁道大学 道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室, 河北 石家庄 050043;3. 中国铁路设计集团有限公司,天津 300308
  • 收稿日期:2022-05-16 接受日期:2022-09-22 出版日期:2023-04-18 发布日期:2023-04-27
  • 通讯作者: 樊浩博,男,1989年生,博士,讲师,主要从事富水隧道衬砌水压力及结构病害方面的研究。E-mail: fanhb@stdu.edu.cn E-mail:1366050542@qq.com
  • 作者简介:刘勇,男,1970年生,博士,教授,主要从事隧道及地下工程施工稳定性方面的研究。
  • 基金资助:
    国铁集团重点课题(No.N2020G009);国家自然科学基金青年基金(No.52108378);青年人才托举工程(No.2021QNRC001)。

Model test on the deformation law of shield tunnel underpassing high speed railway roadbed

LIU Yong1, 2, ZHOU Yi-sheng1, SUO Xiao-ming3, FAN Hao-bo1, 2, CAO Yi-ze1, DU Zhi-tian3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, Hebei 050043, China; 2. Key Laboratory of Roads and Railway Engineering Safety Control of Ministry of Education, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, Hebei 050043, China; 3. China Railway Design Corporation, Tianjin 300308, China
  • Received:2022-05-16 Accepted:2022-09-22 Online:2023-04-18 Published:2023-04-27
  • Supported by:
    This work was supported by the Key Project of China Railway (N2020G009), the National Natural Science Foundation for Young Scientists of China (52108378) and the Young Elite Scientists Sponsorship Program by CAST (2021QNRC001).

摘要: 为了探究盾构下穿施工对高铁路基U型槽结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市轨道交通4号线下穿京石高速铁路路基为工程背景,基于几何相似比配制了地层和结构模型试验材料,设计了试验监测系统,采用1 200 mm小型盾构机进行了盾构隧洞顶距路基管桩底不同距离的2组室内模型试验。结果表明:随着距离盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为2倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道顶距离分别为0.5倍洞径和1倍洞径时沉降最大差值为10%;U型槽结构与相邻地层间产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于74%。建议管片拼装完成后采用保水性好且有一定早期强度的注浆填充材料,以控制沉降变形,同时进行地层深孔注浆,及时充填松动地层孔隙,增加地层密实度。

关键词: 盾构隧道, 下穿高铁路基, 地层变形, 模型试验

Abstract: The purpose of this paper is to investigate the effect of shield underpass construction on the deformation of the U-shaped trough structure and stratum of the high speed railway roadbed. The proposed Shijiazhuang rail transit line No.4 underpassing the Beijing-Shijiazhuang high-speed railway roadbed is selected as the engineering background. The stratum and structural model test materials are formulated based on the geometric similarity ratio, and the test monitoring system is designed. A 1 200 mm small shield is employed to carry out 2 sets of laboratory model tests for different distances from the vault of the shield tunnel to the bottom of pile in the roadbed. The results show that: with the increase of the distance from the shield tunnel vault, the settlement of the strata decreases, the influence range of the shield construction on the strata is about 2 times of the diameter of the tunnel, and the significant influence range is one time of the diameter of the tunnel; with the increase of the burial depth, the settlement of the strata under the structure caused by the shield construction decreases, and the maximum difference of settlement is 10% at the distance of 0.5 and 1.0 times of the diameter of the tunnel respectively from the shield tunnel vault; a dehiscence occurs between the U-shaped trough and the adjacent strata, and the percentage of settlement of the strata occurring during the shield tail release phase is greater than 74%. It is recommended to use grout filling material with good water retention and certain early strength after the completion of segment assembly to control the settlement deformation. Meanwhile, deep hole grouting should be carried out to timely fill loose ground pores so as to increase the compactness.

Key words: shield tunnel, underpassing high speed rail roadbed, stratigraphic deformation, model test

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[1] 张院生, 雷云超, 强小俊, 吴东东, 王东坡, 王计华, . 多排微型桩框架结构加固边坡离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1983-1994.
[2] 张治国, 叶铜, 朱正国, PAN Y T, 吴钟腾, . 波浪作用下含气海床内盾构隧道水力及位移响应分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1557-1574.
[3] 季雨坤, 王钦科, 赵国良, 张健, 马建林, . 斜坡上嵌岩抗拔桩竖向承载变形特性模型试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1604-1614.
[4] 钟小春, 黄思远, 槐荣国, 朱诚, 胡一康, 陈旭泉, . 基于浆液浮力试验的盾尾管片纵向上浮特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1615-1624.
[5] 马鹏杰, 芮瑞, 曹先振, 夏荣基, 王曦, 丁锐恒, 孙天健, . 微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡模型试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1695-1707.
[6] 彭文明, 张雪东, 夏勇, . 软弱覆盖层上土石坝动力离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1771-1778.
[7] 冷先伦, 王川, 盛谦, 宋文军, 陈健, 张占荣, 陈菲, . 基于透明相似模型试验的主控裂隙边坡变形破坏演化机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1283-1294.
[8] 王祖贤, 施成华, 龚琛杰, 曹成勇, 彭铸, 孙影杰, . 考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1295-1308.
[9] 宋洋, 王宏帅, 李昂, 王鑫, 肖作明, 苑强, . 富水粉细砂层盾尾同步注浆浆液渗透-压密扩散机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1319-1329.
[10] 王力, 南芳芸, 王世梅, 陈勇, 李小伟, 范志宏, 陈玙珊, . 三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1363-1374.
[11] 吴宏, 叶治, 张宇亭, 刘华北, . 穿越不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道地震响应三维数值分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1204-1216.
[12] 刘新荣, 郭雪岩, 许彬, 周小涵, 曾夕, 谢应坤, 王䶮, . 含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 637-648.
[13] 王锐松, 郭成超, 林沛元, 王复明, . 富水粉土基坑装配式可回收支护开挖响应分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 843-853.
[14] 彭文哲, 赵明华, 杨超炜, 赵衡, . 斜坡桩水平循环特性模型试验及有限杆单元解[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 381-391.
[15] 周翔, 蔡静森, 马伟成, 肖皓文, . 物质组成特征对碎石土斜坡变形破坏影响研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 531-540.
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[1] 于小军,施建勇,徐杨斌. 考虑各向异性的软黏土扰动状态本构模型[J]. , 2009, 30(11): 3307 -3312 .
[2] 高 玮. 基于蚁群聚类算法的岩石边坡稳定性分析[J]. , 2009, 30(11): 3476 -3480 .
[3] 徐 彬,殷宗泽,刘述丽. 膨胀土强度影响因素与规律的试验研究[J]. , 2011, 32(1): 44 -50 .
[4] 代仁平,郭学彬,宫全美,蒲传金,张志呈. 隧道围岩爆破损伤防护的霍普金森压杆试验[J]. , 2011, 32(1): 77 -83 .
[5] 杨 洋, 姚海林,卢 正. 蒸发条件下路基对气候变化的响应模型及影响因素分析[J]. , 2009, 30(5): 1209 -1214 .
[6] 邓亚虹,夏唐代,彭建兵,李喜安,黄强兵. 水平层状场地自振频率的剪切质点系法研究[J]. , 2009, 30(8): 2489 -2494 .
[7] 左宇军 ,李术才 ,秦泗凤 ,李利平. 对隔水底板破断突水机制的突变理论分析的认识——兼对潘岳教授等提问的答复[J]. , 2011, 32(7): 2236 -2240 .
[8] 楚锡华. 颗粒材料数值样本的坐标排序生成技术[J]. , 2011, 32(9): 2852 -2855 .
[9] 王忠福 ,刘汉东 ,贾金禄 ,黄志全 ,姜 彤 . 大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究[J]. , 2012, 33(9): 2663 -2670 .
[10] 林鲁生 ,蒋 刚 ,白世伟 ,刘祖德 . 土体抗剪强度参数取值的统计分析方法[J]. , 2003, 24(2): 277 -280 .