砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究-缪林昌

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1、第37卷第1期岩土工程学报Vol.37No.12015年.1月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringJan.2015DOI:10.11779/CJGE201501011砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究121缪林昌,王正兴,石文博(1.东南大学交通学院岩土工程研究所,江苏南京210096;2.南通市城市建设工程管理中心,江苏南通226153)摘要:盾构法隧道施工过程中,土体密实度对开挖面极限支护力值与稳定性影响是一个非常重要的因素。基于Kirsch室内模型试验,采用颗粒流计算分析了隧道掘进过程中土体密实度对开挖面极限支

2、护力、残余支护力以及开挖面前方土体孔隙比变化的影响,从细观角度解释了砂土中盾构隧道开挖面失稳机理,分析了砂土中盾构隧道掘进时土体破坏形态与分布范围;进而提出了计算开挖面极限支护力的改进楔形体分析模型。研究成果可为盾构隧道施工中分析开挖面的稳定提供参考。关键词:颗粒流;砂土;隧道掘进;开挖面稳定;极限支护力;改进楔形体模型中图分类号:TU43文献标识码:A文章编号:1000–4548(2015)01–0098–07作者简介:缪林昌(1961–),男,教授,博士生导师,主要从事盾构施工对环境影响方面的研究。E-mail:lc.miao@seu.edu.cn。Theoreti

3、calandnumericalsimulationsoffacestabilityaroundshieldtunnelsinsand121MIULin-chang,WANGZheng-xing,SHIWen-bo(1.InstituteofGeotechnicalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China;2.ManagementCenterofCityConstructionProjects,Nantong226153,China)Abstract:Thesoildensityisakeyfactorfort

4、hestudiesonthelimitsupportpressureandthefacestabilityoperationduring2Dtunnelingconstruction.BasedontheKirsch’slaboratorymodeltests,thePFCisemployedtoinvestigatetheinfluenceofsoildensityonthelimitsupportpressure,residualsupportpressureandvoidratiointheheadingface.Thefailuremechanismsofthe

5、excavationfaceareinvestigatedatthemesoscopiclevel.Thefailurebehaviorandarrangeofthefacestabilityoftheshieldtunnelsinsandareanalyzed.Theimprovedwedgemodelisproposedasamethodforcalculatingthelimitsupportpressureofface.Itmayprovidecertainguidancetothestabilizationofexcavationfaceofshieldtun

6、nels.2DKeywords:PFC;sand;tunneling;facestability;limitsupportpressure;improvedwedgemodel0引言同时,盾构掘进过程中,极限支护力的确定是盾构实近年来,由于各大中城市交通压力的增大以及土际施工过程中开挖面支护力大小选择与控制的依据。地资源的稀缺,地铁和地下通行隧道的修建成为解决研究结果表明,开挖面支护力始终在一定范围波动,[1]这一难题的主要措施。盾构施工技术由于具有环境影其变幅大小与土体塑性流动性密切相关。实践工程响小、施工安全性高以及地层适应强等优点,已经成中更关心的是维持开挖面稳定

7、所需的最小支护力,即为城市地铁及隧道修建的主要方法。盾构隧道施工引极限支护力。起的邻近施工区地面沉陷和隆起问题与开挖面的稳定目前,开挖面稳定性研究方法主要包括开挖面稳性有直接关系,表现为施工过程中盾构机对开挖面支定系数法、极限平衡法、室内模型试验研究法和有限[2][3]护力过大时,地表易隆起破坏,而当开挖面支护压力元数值模拟法。Borms等最早提出了评估黏性土盾[4]过小时,又往往导致地表的沉陷。目前,国内外城市构隧道开挖面稳定系数法,然而Romo等认为仅仅地铁隧道施工过程中,由于对开挖面支护不当造成的用稳定系数并不能完全反映开挖面的实际

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