矩形盾构隧道管片衬砌施工期结构性能的现场试验研究： 结合上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程

梁 霄， 官林星， 温竹茵， 孙 巍， 柳 献

(1. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司， 上海 200092； 2. 同济大学地下建筑与工程系， 上海 200092)

矩形盾构隧道管片衬砌施工期结构性能的现场试验研究： 结合上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程

梁 霄1， 官林星1， 温竹茵1， 孙 巍1， 柳 献2，*

(1. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司， 上海 200092； 2. 同济大学地下建筑与工程系， 上海 200092)

本文以国内首条矩形盾构隧道工程为背景，对矩形盾构衬砌结构在整个施工期的荷载及结构响应进行现场追踪测试，探索衬砌结构在施工期的主要受力阶段、结构外荷载及其响应随时间的变化规律，以全面掌握矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力行为。研究结果表明： 1)衬砌结构在施工期的受力可划分为自重阶段、脱出盾尾阶段、同步注浆阶段和稳定荷载阶段； 2)脱出盾尾阶段和同步注浆阶段的结构外荷载分别为稳定荷载阶段的1.5～3.0倍和1.5～2.5倍，为衬砌结构在施工期的2个不利受力阶段； 3)稳定荷载阶段的结构外荷载及其分布与理论计算较为吻合； 4)衬砌结构在施工期的内力基本满足左右对称，内力分布特征与运营阶段基本一致。

矩形盾构隧道； 衬砌结构； 受力阶段； 现场试验； 力学行为

0 引言

随着经济发展和城市化进程加快，长距离、大断面地下通道在大城市交通发展中扮演着越来越重要的角色。相比传统的圆形隧道，矩形隧道在空间占用率、浅埋深施工、施工中断面切削量和建设工期等方面均具有发展优势，更符合现代化都市核心区大断面地下通道的建设要求[1-2]。

关于矩形盾构隧道，目前仅在日本有工程实例，如千叶县习志野市菊田川2号干线采用的矩形排水隧道、日本京都高速铁路东西线采用的大断面矩形盾构隧道等[2-4]，而国内尚没有矩形盾构隧道的应用实例。由于盾构隧道通常需要穿越大量建筑物、地下管线以及各类复杂地层，施工面临严峻挑战，施工期管片衬砌的受力特性可归纳为典型三维特性、不确定性和不可忽视性[5-6]。因而，对矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力性能进行研究具有重要意义。

针对圆形盾构隧道衬砌结构在施工期受力行为的研究，国内外学者开展了较为广泛的现场试验。Mashimo等[7]通过盾构隧道现场测试，根据试验数据分析管片上的实际荷载，研究得到设计中管片恒定荷载的取值；何川等[8]以南京地铁1号线穿越砂性地层盾构隧道为研究对象，通过现场试验研究，得出盾构隧道盾尾注浆、水压力、千斤顶顶力等对砂性地层中管片受力影响较大，施工影响范围为5～7环；唐孟雄等[9]分析了广州地铁2号线赤岗—鹭江区间隧道管片结构在施工期各种工况下的受力特性，结果表明注浆压力对管片的受力影响较大，设计时应考虑注浆压力等施工荷载；叶冠林等[10]以上海长江隧道工程为依托，进行了施工荷载的现场监测，结果表明盾尾注浆引起的附加荷载在管片受到的各种荷载当中是最大的，施工荷载的最大值大于或接近设计水土压力，但其分布比设计值均匀；周济民等[11]以狮子洋水下盾构隧道为背景，对管片衬砌在施工期和后期所受外荷载和内力进行长期现场追踪测试，总结了衬砌结构外荷载和内力随时间的变化规律。

已有研究较为深刻地分析了圆形盾构隧道施工荷载对结构受力的影响以及结构在施工阶段的受力特性，其研究方法和思路对研究矩形盾构隧道结构在施工期的受力行为具有借鉴作用；另外对衬砌结构在施工全过程以及不同受力阶段的结构受力和联系性方面尚需进一步深入研究。

本文依托国内首条矩形盾构隧道工程，对矩形衬砌结构在整个施工过程的荷载及结构响应进行现场追踪测试，探索衬砌结构在施工期的主要受力阶段、结构外荷载及其响应随时间的变化规律和分布规律，以全面了解矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力行为，为矩形盾构隧道的设计和施工提供指导和借鉴。

1 工程简述

1.1 工程概况

本试验依托上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程，该连接通道采用矩形盾构法施工，为国内首条大断面矩形盾构隧道。盾构隧道长约30 m，覆土厚度约为6 m，其纵断面如图1所示。

图1 隧道工程纵断面图(单位： m)

1.2 工程地质条件与管片形式

隧道工程地质条件与衬砌结构见图2，地层参数见表1。隧道主要通过的地层为③2灰色砂质粉土和④灰色淤泥质黏土。

隧道采用通缝拼装方式。结构外轮廓尺寸为9.75 m×4.95 m，管片厚度为0.55 m，环宽1.0 m。管片间共布置28根纵向螺栓，各管片块接缝处布置4根环向螺栓。

该矩形盾构隧道采用钢-混凝土组合管片结构，管片内外表面及端面均为钢板，内部充填混凝土。

图2 隧道工程地质条件与衬砌结构(单位： mm)

地层厚度/m重度/(kN/m3)黏聚力/kPa内摩擦角/(°)压缩模量/MPa比贯入阻力/MPa②2．118．52019．55．160．66③11．917．51217．53．190．77③21．6518．74299．042．41④1216．811112．210．64

1.3 施工流程

该隧道工程的施工流程可概括为“盾构推进、出土—管片块吊装—管片拼装—螺栓施拧”的循环过程，如图3所示。隧道施工中，盾构出土过程是由运土车将渣土运出隧道，盾构处于停机状态。

(a) 盾构推进、出土

(b) 管片块吊装

(c) 管片拼装

(d) 螺栓施拧

图3 隧道施工流程

Fig. 3 Tunnel construction process

根据隧道施工流程，可以将某一管片环由推进、拼装到其脱出盾尾定义为一个施工循环。该施工循环包括若干施工工序，在每一施工工序下，盾尾附近各管片环的状态如图4所示。

(a) 13环推进

(b) 13环拼装、螺栓施拧

(c) 14环推进，13环接触盾尾刷

(d) 14环拼装、螺栓施拧

(e) 15环推进，13环逐渐脱出

(f) 15环拼装、螺栓施拧盾尾，14环接触盾尾刷

(g)16环推进，13、14环逐渐远离

(h) 16环拼装、螺栓施拧盾尾，15环接触盾尾刷

图4 施工循环中各管片环的状态示意图

Fig. 4 Status of different segments during tunnel construction cycle

2 测试方案

2.1 测试内容与数据采集方法

现场试验测试断面选取原则： 1)地基承载力较小处； 2)隧道周边地层变化较大处； 3)隧道上方作用荷载最不利处。根据以上原则，本次试验共选取3个测试断面，分别为第13环(标准断面)、第19环(位于雨水管下方)和第26环(处于隧道进洞土体加固区)，其具体位置见图1。

试验主要测试内容及数据采集频率见表2。

表2 测试内容及数据采集频率

为得到施工期结构外荷载及其响应的高密度数据，以对矩形盾构隧道衬砌结构在施工期受力行为的分析提供全面数据支撑，现场试验采用无线实时测试系统。数据采集通过设置在传感器连接端的一台数据采集发生器完成，无线传输则分为2个部分完成(第1部分是隧道的数据采集发生器通过Zigbee协议无线传输数据到数据采集接收终端；第2部分为数据采集接收终端再将采集的数据通过中国移动GPRS无线上传至技术中心的数据处理中心)，从而保证试验数据的高密度连续采集与稳定实时传输。

2.2 测点布置

结构外荷载、表面应变和螺栓轴力分别通过柔性土压力计、钢板计及应变片组合和螺栓轴力计进行测试，各测试断面传感器测点布置如图5所示。

图5 各测试断面传感器测点布置(单位： mm)

Fig. 5 Layout of monitoring points of sensors on different cross-sections (mm)

第13环管片外表面共布置12个柔性土压力计，编号T1—T12(其中T9—T12安装在第14环相应位置处，由于第13环和第14环埋深与地层条件相似，认为其可反映第13环相应位置的结构外荷载)；第19环管片外表面布置8个柔性土压力计，编号T201—T208；第26环管片外表面布置4个柔性土压力，编号T301—T304。

在第13环和第19环均选取13个测试截面(结构内力最大的截面以及接缝两侧截面)，编号JM1—JM13，每个截面处管片内外表面沿宽度方向均布置4个应变片，另外在管片内表面沿宽度中心布置1个钢板计。

在第13环和第19环均选取8个纵向螺栓轴力测点，测点选取以均匀布置、能够反映结构横断面纵向受力分布为原则；另外选取16个环向螺栓轴力测点，其中在受力较大的B、E缝分别布置4个测点，受力较小的A、C、D和F缝分别布置2个测点。

3 试验结果分析与讨论

3.1 施工期衬砌结构的受力阶段划分

根据矩形盾构隧道的施工过程，施工期衬砌结构受力可划分为4个主要阶段，以测试第13环为例。

1)自重阶段。第13环在拼装完成后到开始脱出盾尾前的阶段，如图4中(a)—(b)所示。在该阶段，衬砌结构主要受到自身重力的作用，整个管片环和盾壳内表面基本无接触。

2)脱出盾尾阶段。第15环推进，第13环由开始脱出盾尾到完全脱出盾尾的过程，如图4中(d)—(e)所示，结构由被盾尾刷和油脂包裹过渡到被浆液环完全包裹。

3)同步注浆阶段。第16环推进，第14环逐渐脱出盾尾，第13环由刚脱出盾尾到其纵向距离盾尾1 m的过程，如图4中(f)—(g)所示，结构完全处于浆液环的包裹中。

4)稳定荷载阶段。第17环及后续管片环依次推进，第13环逐渐远离盾尾，结构外荷载及其响应趋于稳定的过程。

3.2 主要试验结果描述与分析

以测试第13环为例，结合3.1中划分的受力阶段对现场试验的结果进行描述和分析。

3.2.1 结构外荷载

分别在结构顶部、两侧和底部选取部分代表测点对其所测结构外荷载进行分析，不同位置处测点的结构外荷载变化曲线如图6所示。

(a) T1、T2测点(结构顶部)

(b) T7、T9、T11测点(结构两侧)

(c) T4、T6、T10测点(结构底部)

3.2.1.1 总体变化规律

由各测点在整个施工期的荷载变化曲线可知，结构顶部、两侧和底部外荷载的变化趋势基本一致，即盾构施工因素对结构不同位置处外荷载变化的影响基本一致。

结构顶部的T1、T2测点处荷载值在大部分时间段内比较吻合；结构两侧的 T11处荷载相比T7和T9处偏小，T7和T9处荷载值在大部分时间段内比较接近；结构底部的T6处荷载相比T4和T10处偏小，T4和T10处荷载值在大部分时间段内比较接近。

结合上述规律和各测点位置可得，衬砌结构在施工阶段与运营阶段的外荷载类别和大小不同，但其荷载分布特点近似，相同埋深处荷载相近，荷载与埋深呈正相关，且荷载呈左右对称；衬砌结构几何形状特征对荷载分布的影响，即结构底部靠近两侧区域的荷载大于中心区域的荷载，与考虑地层结构法的矩形框架结构底部反力分布相似。

3.2.1.2 脱出盾尾阶段

该阶段对应第15环推进过程，结构各部位测点处荷载均呈现较大波动，并有荷载明显增大后减小的现象(如测点T1、T4、T6、T7、T9和T11处荷载曲线)，局部测点处荷载出现大幅度的振荡现象(如测点T2处)。

根据3.1中受力阶段的划分，该阶段同时作用到衬砌结构上的外荷载种类较多，包括水土压力、同步注浆压力、盾尾刷挤压力、油脂压力以及临时局部集中力；同时，不同的盾构推进速度会影响同步注浆压力和油脂压力的大小，盾构推进距离会影响各荷载的作用范围，盾构推进与出土(盾构停止推进)的间歇进行会引起作用在结构上的注浆压力和油脂压力的变化，盾尾姿态变化会引起结构局部产生集中荷载(其大小和作用位置具有较大的随机性)。

因此，衬砌结构在该阶段受力非常复杂，其荷载在宏观上(测试结果)表现为较大的波动状态。盾构在停机出土过程中，已经注出的浆液和油脂压力逐渐消散引起结构外荷载降低，再继续推进时，随着新的浆液和油脂注出，其压力引起结构外荷载相应增大；盾构在推进过程中的姿态变化和调整，会引起盾尾与管片轴线位置的偏差，相应地在结构局部产生大小、作用时间和位置不一的集中荷载，从而引起结构外荷载整体出现较大的振荡。

3.2.1.3 同步注浆阶段

该阶段对应第16环推进过程，在实际施工中，第16环分为2次推进完成。在中间间隔时间段(对应图6中26～52 h)盾构处于停机状态。从图6可以看出，在第16环开始推进时，结构各测点处荷载均明显增大，随后呈先快后慢的趋势减小；在间隔时间段，各测点处荷载基本处于平稳状态。

根据3.1中受力阶段的划分，该阶段结构已经完全脱离盾尾，外荷载主要为水土压力和同步注浆压力。在盾构推进的同时进行注浆，较大的注浆压力迅速作用到结构上，引起荷载明显增大，随后盾构停止推进(出土过程)，新的浆液不再注入，注浆压力随着浆液的扩散而逐渐消散，结构外荷载降低；在间隔时间段，盾构处于停机状态，盾尾推进产生的同步注浆压力已消散，此时作用在管片上的荷载为水土压力，因而结构外荷载在该时间段基本处于平稳状态，同时，该时间段各测点的压力值与最终稳定后的压力值相当，说明此时全部的水土压力均已作用在管片上。

3.2.1.4 稳定荷载阶段

该阶段对应第18环推进完成后，结构荷载呈缓慢减小并最终趋于稳定。根据3.1中受力阶段的划分，在该阶段结构已逐渐远离盾尾，注浆压力扩散不到测试管片环上，结构与土体逐渐达到相对稳定的状态，结构外的水土压力逐渐趋于稳定。

3.2.2 结构内表面应变

分别在结构顶部和两侧选取部分代表测试截面对其所测结构内表面应变进行分析，不同测试截面处的结构内表面应变变化曲线如图7所示。

3.2.2.1 总体变化规律

由各测试截面在整个施工期的内表面应变变化曲线可知，结构顶部和两侧内表面应变的变化趋势基本一致，即盾构施工因素对结构不同位置内力的影响是基本一致的。

结构顶部3个测试截面的应变均为拉应变，JM1处结构内表面应变大于JM2和JM13处，JM2和JM13处的结构内表面应变比较接近；结构两侧的测试截面处应变均为压应变，JM5和JM9处的结构内表面应变比较接近。

结合上述规律和各测点位置可得，衬砌结构在施工期的内力分布与运营期的内力分布特点近似，即结构顶部为正弯矩区，结构两侧为负弯矩区，且内力基本满足对称。

3.2.2.2 脱出盾尾阶段

该阶段结构各测试截面处内表面应变开始较小，然后有一个增加的过程，之后应变值有所回落。该现象与结构外荷载在该阶段的变化特征相对应，即初始状态下结构主要受盾尾刷挤压力，之后随着结构逐渐脱出盾尾，已出盾尾的结构部分作用有同步注浆压力和部分水土压力，尚处于盾尾内的结构部分作用有盾尾刷挤压力和油脂压力，引起结构顶部内表面拉应变和结构两侧内表面压应变增大；在盾构停止推进(出土过程)，注浆压力和油脂压力消散，从而引起应变值减小。盾尾姿态变化引起的局部集中力并未造成结构应变发生突变，验证了该作用力仅为局部荷载，且荷载持续时间不长。

(a) JM1、JM2和JM13截面(结构顶部)

(b) JM5和JM9截面(结构两侧)

3.2.2.3 同步注浆阶段

该阶段结构各测试截面处内表面应变表现为明显增大后又逐渐减小，在盾构停机的间隔时间段(对应图7中26～52 h)，结构内表面应变基本处于平稳状态。

结构内表面的应变变化规律与结构外荷载在该阶段的变化规律相对应，同步注浆压力的作用及其消散引起结构内表面应变先增大后逐渐减小；盾构停机时，结构外荷载基本处于平稳状态，结构内表面应变亦处于稳定状态。

3.2.2.4 稳定荷载阶段

该阶段结构各测试截面处内表面应变均逐渐趋于稳定，与结构外荷载在该阶段逐渐趋于稳定的规律相一致。

3.2.3 连接螺栓轴力

分别在结构顶部、左侧、底部和右侧选取代表测点，测得纵向螺栓轴力随受力阶段的变化曲线如图8所示。

图8 结构纵向螺栓轴力随受力阶段的变化曲线

各测点处的结构纵向螺栓轴力随受力阶段的变化曲线基本为直线，即结构纵向螺栓轴力基本不受受力阶段的影响，H1、H2、H4和H6测点处结构纵向螺栓轴力分别为49、35、14、112 kN。

3.3 不同受力阶段的试验结果对比

3.3.1 结构外荷载

根据试验结果提取出结构在不同受力阶段的荷载分布及各测点荷载值，如图9和图10所示。不同受力阶段的测点荷载值均取该阶段结构最不利状态(时刻)下的测试值；各测点理论计算的水土压力采用水土合算，结构埋深6 m，土体加权平均重度取18 kN/m3，静止侧压力系数取0.6，结构底部荷载由温克尔弹性地基模型求解得到。

图9 不同受力阶段结构外荷载分布(单位： kPa)

Fig. 9 Distribution of external loads during different loading stages (kPa)

图10 不同受力阶段各测点结构外荷载值

Fig. 10 Load values of different monitoring points during different loading stages

由图9和图10可以看出:

1)在脱出盾尾阶段，各测点结构外荷载普遍较大，多集中在240～330 kPa，与稳定荷载阶段的荷载比值多集中在1.5～3.0；同时，该阶段结构外荷载分布不均匀，如T2测点处荷载达到683 kPa，与稳定荷载阶段的荷载比值达到6.0以上，与 3.2.1.2 中提到的盾构姿态调整引起的局部集中力相对应。

2)在同步注浆阶段，各测点结构外荷载也相对较大，多集中在200～250 kPa，与稳定荷载阶段的荷载比值基本为1.5～2.5；结构外荷载基本满足左右对称，说明注浆压力也基本满足左右对称。

3)在稳定荷载阶段，结构顶、底位置的荷载及分布均与理论计算值基本吻合，其中顶部荷载基本呈线性分布，腰部荷载左右对称且呈梯形分布，底部荷载呈两端大中间小的分布趋势。但结构左右腰部位置(如T7和T9处)实测荷载大于理论计算值，说明在实际土体中结构的两侧存在一定的弹性抗力。

3.3.2 结构内表面应变

根据试验结果提取出结构在不同受力阶段的内表面应变分布以及不同测试截面处的应变值，如图11和图12所示。不同受力阶段测点荷载值均取该阶段结构最不利状态(时刻)下的测试值。

Fig. 11 Distribution of strain on inner surface of lining structure during different loading stages (×10-6)

图12 不同受力阶段各测试截面结构内表面应变值

Fig. 12 Strains on inner surface of lining structure during different loading stages

在脱出盾尾阶段，各测试截面(除个别截面，如JM1和JM2外)的结构内表面应变相比稳定荷载阶段的结构内表面应变较大；同步注浆阶段各测试截面的结构内表面应变均大于稳定荷载阶段的应变。

在3个不同的受力阶段，结构顶部内表面应变为正，且其分布呈下凸形，可推断出结构顶部中间的正弯矩大于两侧的正弯矩；结构腰部内表面应变为负，且其分布较均匀，可推断出结构腰部负弯矩分布也较均匀；同时，结构的内表面应变在不同受力阶段基本满足左右对称。由此说明，衬砌结构在施工期不同受力阶段的内力值有所增减，但其分布特征基本不变。

综上所述，衬砌结构在脱出盾尾阶段和同步注浆阶段的受力相比稳定荷载阶段更为不利，尤其在脱出盾尾阶段，会出现结构局部荷载过大的情况，在设计时应予以充分考虑。

3.4 不同测试断面的试验结果对比

本次现场试验共有3个测试断面(见2.1)，对比3个测试环在稳定荷载阶段的结构外荷载及内表面应变，以分析不同地层环境对结构受力的影响。

3.4.1 结构外荷载

3个测试断面在稳定荷载阶段的结构外荷载分布如图13所示。

图13 不同测试环在稳定荷载阶段的结构外荷载分布(单位： kPa)

Fig. 13 Distribution of external loads of lining structures of different test segment rings during stabilizing stage(kPa)

由图13可以看出，在相同位置测点处，第13环和第19环结构外荷载比较相近，但仍有一定的差异。除T3外，第19环在其他3个测点处的结构外荷载均低于第13环相应位置的荷载。以上试验结果很好地反映出雨水管等管线可承担一部分水土压力，使得作用在隧道结构顶部中间区域的荷载偏小，同样也引起结构底部的地基反力偏小。

第26环唯一测点位置(结构顶部中间)处的结构外荷载小于第13环相应位置处的荷载，反映出加固后的土体具有一定的自承能力，使得衬砌结构所受荷载小于全部上覆土荷载。

3.4.2 结构内表面应变

第26环仅布置有结构外荷载测点，故对比第13环和第19环在稳定荷载阶段的结构内表面应变，其应变分布如图14所示。

图14 不同测试环在稳定荷载阶段结构内表面应变分布(单位： ×10-6)

Fig. 14 Distribution of strain on inner surface of lining structures of different test segment rings during stabilizing stage(×10-6)

由图14可以看出，在稳定荷载阶段，第13环和第19环的结构内表面应变的空间分布规律基本一致，结构顶部内表面应变为拉应变，腰部内表面应变为压应变；除个别截面外，第19环各截面处的应变值均小于第13环相应位置处的应变值，且在结构顶部的测试截面处，两环结构的内表面应变差值相对更大。

根据上述分析以及3.4.1中对结构外荷载的分析结果，说明雨水管等管线对结构内表面应变的分布影响较小，其主要是通过影响结构外荷载从而间接减小了结构内表面的应变值。

4 结论与讨论

本文通过监测衬砌结构在施工期的结构外荷载及响应，揭示了矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力特性，可为今后类似隧道工程的设计和施工提供参考。主要结论如下。

1)衬砌结构在施工期的受力划分为4个阶段： 自重阶段、脱出盾尾阶段、同步注浆阶段和稳定荷载阶段，脱出盾尾阶段和同步注浆阶段为衬砌结构在施工期的不利受力阶段。

2)在脱出盾尾阶段，结构主要受盾尾刷挤压力、油脂压力、同步注浆压力和水土压力的共同作用，处于复合动态受力状态，其中盾尾刷挤压力受盾尾姿态的影响，其大小、作用位置变化较大，易引起结构外荷载分布不均；该阶段与稳定荷载阶段结构外荷载的比值基本为1.5～3.0。

3)在同步注浆阶段，结构主要受同步注浆压力和水土压力的作用，同步注浆压力及其消散引起结构外荷载随时间明显增大而后呈先快后慢的趋势降低；该阶段与稳定荷载阶段结构外荷载的比值基本为1.5～2.5。

4)在稳定荷载阶段，结构外荷载的数值及分布与理论计算较吻合，在实际土体中结构的两侧存在一定的弹性抗力。

5)在施工期不同受力阶段，衬砌结构内力值有所增减，但其分布特征基本不变。

6)与隧道垂直相交的雨水管等市政管线可承担一部分水土压力，加固后的土体具有一定自承能力，均会引起结构底部荷载偏小。

7)为获得衬砌结构外荷载及响应随时间的高密度数据，以反映其变化规律，无线实时监测是必要的。

在脱出盾尾阶段和同步注浆阶段，对各施工荷载(如注浆荷载、盾尾刷挤压力等)的作用模式尚需进一步研究，以便更全面地掌握衬砌结构在施工期的受力特性。

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Experimental Study of Structural Performance of Segmental Lining of Rectangular Shield Tunnel during Construction: A Case Study of Underground Connection Gallery in Hongqiao District of Shanghai

LIANG Xiao1, GUAN Linxing1, WEN Zhuyin1, SUN Wei1, LIU Xian2，*

(1. Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China;2.DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The field monitoring test on loading and response of lining structure of a rectangular shield tunnel is carried out; the main loading stages, external load and response of lining structure are discussed, so as to learn the mechanical behavior of lining structure of rectangular shield tunnel during construction. The test results show that: 1) The loading of lining structure during construction can be divided into 4 stages, i.e. dead weight stage, shield tail passed stage, synchronous grouting stage and load stabilizing stage. 2) The load of lining structure in shield tail passed stage and synchronous grouting stage are 1.5-3.0 and 1.5-2.5 time that in load stabilizing stage respectively. 3) The external load and its distribution rules of lining structure in load stabilizing stage coincide with theoretical calculation results. 4)The internal force of lining structure during construction is bilaterally symmetry; and the distribution characteristics of internal force during construction coincide with those during operation.

rectangular shield tunnel; lining structure; loading stage; field tests; mechanical behavior

2016-07-15；

2016-11-27

国家自然科学基金资助项目(51578409)

梁霄(1991—)，男，山东济宁人，2016年毕业于同济大学，隧道及地下建筑工程专业，硕士，助理工程师，主要从事道路隧道与地下工程的设计工作。E-mail： m15316712796@163.com。*通讯作者： 柳献， E-mail： xian.liu@tongji.edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.12.008

U 455.43

A

1672-741X(2016)12-1456-09