超大直径泥水盾构在砂土中的开挖面稳定性分析_徐明

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1、第45卷第3期土木工程学报Vol．45No．32012年3月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALMar．2012超大直径泥水盾构在砂土中的开挖面稳定性分析徐明邹文浩刘瑶(清华大学土木工程系，清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084)摘要:超大直径泥水盾构近年来在国内外得到越来越多的应用，其开挖面的稳定性受到高度关注，而泥水支护压力控制则是保证开挖面稳定的关键。对超大直径盾构在砂土地层中的开挖面稳定性进行三维数值分析，重点研究在不同摩擦角下开挖面的失稳模式和极限支护压力

2、，揭示了由泥水容重导致的支护压力不均匀分布对于预测结果的重要性。同时，还将三维数值模拟结果与基于极限平衡理论的楔形体模型进行对比，指出楔形体模型对于分析超大直径盾构开挖面稳定性的局限性。本项研究可为超大直径盾构在砂土中掘进时合理确定泥水支护压力和保持开挖面稳定提供参考。关键词:超大直径泥水盾构;砂土;开挖面稳定;三维数值模拟;楔形体模型+中图分类号:U455．43U451．4文献标识码:A文章编号:1000-131X(2012)03-0174-08Facestabilityoflargeslurryshie

3、ld-driventunnelinsandsXuMingZouWenhaoLiuYao(KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilityoftheMinistryofEducation，DepartmentofCivilEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract:Moreandmorelargeslurryshield-driventunnelsarebeingconstructe

4、dinrecentyears，tunnelfacestabilityisofmajorconcernforsettingapropersupportingpressure．Inthisstudy，three-dimensionalnumericalanalysisiscarriedouttostudythefacestabilityoflargeslurryshield-driventunnelinsands．Thefailuremodesandtheminimumsupportingpressuresun

5、derdifferentfrictionanglesareinvestigated．Theresultsalsodemonstratetheimportanceofconsideringthenon-uniformsupportingpressuredistributiononthetunnelfaceduetothedensityoftheslurry．Theresultsarecomparedwiththeconventionalwedgemethodbasedonthelimitequilibrium

6、method，whichrevealsthatthewedgemethodisnotsuitableforthefacestabilityoflargeslurryshield-driventunnels．Keywords:verylargeslurryshield;sand;facestability;threedimensionalnumericalmodeling;wedgemodelE-mail:mingxu@mail．tsinghua．edu．cn海长江隧道盾构直径更是达到了15．43m。这些盾构

7、引言隧道的断面要远远大于常见的中小直径盾构隧道，例如直径6m左右的地铁隧道。超大直径盾构隧道正在随着我国经济的迅速发展和城市化进程的不断成为隧道工程发展的一个重要方向。深入，城市地面交通已日趋饱和，而地下交通因其在由于超大直径隧道工程出现的时间较晚，目前可经济、运能、空间利用、节能减排等方面的一系列优供参考的研究与工程资料非常匮乏，设计和施工带有势，已成为社会可持续发展的一个重要方向。盾构施很大的经验性质。然而，随着超大直径盾构工程的增工技术因其机械化程度高、施工速度快、对周围环境多，施工问题频繁出现，特别

8、是开挖面的稳定性问题影响小等优点，在地下公路与铁路隧道施工中得到广受到高度关注。开挖面稳定性问题是指:当盾构机对泛应用。近年来，国内外出现了越来越多的大型泥水开挖面的支护压力过大时，使得地表隆起破坏;或当盾构隧道工程，如荷兰“绿心隧道”的盾构直径达到支护压力过小时，使得地表沉降过大，导致开挖面塌14．87m，南京长江隧道的直径达14．93m，西班牙马德陷。当开挖面失稳时，产生的过大地层变形会严重影响里M30公路隧