膨胀岩地区地铁隧道结构的灾变机理与控制研究

南宁盆地广泛分布第三系泥岩，亦称膨胀岩，其具有显著胀缩性。目前，国内外关于膨胀岩地区地铁建设的研究成果甚少。本项目以南宁地铁1号线穿越膨胀岩为研究靶区，在地铁沿线各岩层组合的水文地质工程地质区划研究的基础上，通过开展膨胀岩物理力学性质及热物理属性试验，考虑膨胀岩渗流-固结及热-力耦合作用，探索膨胀岩本构模型修正模式，并将成果运用于数值模拟计算中，对膨胀岩地区地铁隧道结构的变形机制与力学行为进行研究。在此基础上，开展膨胀岩与地铁隧道结构相互作用的大型物理模拟试验研究，将试验研究结果与数值模拟计算进行分析对比，验证和改进计算模型，并利用改进的计算模型分析各种典型工况条件下膨胀岩与地铁隧道结构的相互作用，研究南宁膨胀岩地区地铁隧道结构的力学性状及变形破特征，以剖析膨胀岩对地铁隧道结构的影响机理，提出膨胀岩地区地铁隧道结构变形控制的技术措施，以期为膨胀岩地区地铁隧道结构设计提供理论依据。

南宁市轨道交通工程较多路段将穿越膨胀岩区域，该区域主要为第三系膨胀性泥岩，其成岩时间短，胶结程度差，具有显著吸水膨胀和失水收缩的特性。膨胀岩的胀缩性将对地铁车站结构和盾构管片内力和变形产生影响。课题组以南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区域为靶区，通过资料收集及综合分析，采用室内试验、数值计算及大型物理模型试验等综合研究方法，对膨胀岩与地铁隧道结构相互作用影响机理开展研究。通过开展微变形条件下膨胀力试验研究，提出了膨胀力随着微变形变化的规律。研究膨胀岩胀缩变形条件下地铁隧道结构的受力和变形破坏模式及控制方法。结合计算分析结果，构建膨胀岩围岩与地铁车站、盾构管片大型模型试验，研究地铁车站支护结构、盾构管片结构的受力、变形规律，试验数据与数值模拟结果相吻合。通过实测南宁东站基坑施工的全过程现场监测数据，对膨胀岩地铁车站支挡桩体变形和桩侧土压力进行时程研究。对膨胀岩地区盾构壁后注浆材料进行材料力学性能试验研究，探索韧性纤维注浆材料对膨胀岩与盾构管片受力性能影响。.本课题研究完成了项目计划内容，取得了一系列有特色的创新性成果，发表多篇论文，其中中文核心9篇,EI收录6篇。本课题研究成果解决了该区地铁设计中如何考虑膨胀围岩影响的难题，给出了在膨胀围岩下地铁车站、盾构管片的膨胀力施加范围以及膨胀力施加方式，优化了设计计算模型，同时对膨胀岩区域地铁建设病害控制措施进行了尝试和探索。该成果可为南宁市涉膨胀岩区段地铁建设提供理论指导，也为国内外类似膨胀岩区域的地铁建设提供借鉴。