高水位条件下盾构隧道开挖面稳定性数值模拟

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1、公路交通技术2014年6月第3期TechnologyofHighwayandTransportJun．2014No．3高水位条件下盾构隧道开挖面稳定性数值模拟郑佳艳，吕玺琳，李冯缔(1．重庆交通大学结构工程重点实验室，重庆400074；2．同济大学地下建筑与工程系，上海200092)摘要：通过考虑渗流影响的三维有限元数值模拟，对高水压条件下盾构隧道开挖面稳定性进行研究，获得开挖面破坏模式和极限支护压力。研究结果表明：开挖面前方土体破坏面倾角随水位增高而逐趋平缓，总极限支护压力与水位高度呈非线性关系，且其斜率随水位增高而增大；在水位高度一定时，隧道埋深越小，渗流力对开挖面破坏模

2、式和极限支护压力的影响越大。关键词：盾构隧道；开挖面稳定；支护压力；渗流；高水位文章编号：1009—6477I2014)o3—0086—05中图分类号：U459．2文献标识码：ANumericaISimulationforStabilityofExcavatedSurfaceofShieldTunnelsunderWaterLeveIConditionZHENGJiayan。LVXilin．LIFengdiAbstract：Inconsiderationof3Dfiniteelementnumericalsimul~ionforseepageeffects，thispaper

3、studiesthestabilityofexcavatedsurfaceofshieldedtunnelsundertheconditionofhighwaterpressuretoobtainfailuremodesofexcavatedsurfaceandlimitsupportpressure．TheresultsofstudyshowthattheangleofinclinationfailuresurfaceofsoilmassinfrontoftheexcavatedSUl~acegraduallyisintendedtoflattenwithincreaseo

4、fwaterlevel，overalllimitsupportpressurehasanon-linearrelationshipwithheightofwaterlevel，anditsslopeincreaseswithwaterlevel；atthefixedheightofwaterlevel，thelesstheburialdepthoftunnels，themoreinfluencesofseepageforceonfailuremodesoftheexcavatedsurfaceandlimitsupport．Keywords：shieldedtunnel；st

5、abilityofexcavatedsurface；supportpressure；seepage；highwaterlevel盾构隧道施工技术由于具有安全环保等优点，开展过大量研究，并取得了一定成果。如Leca和目前已广泛应用于公路隧道、城市地铁隧道、市政隧Dormieux_5利用极限分析法构造了不同情况下的隧道等工程建设。隧道掘进过程中，土体开挖将导致道开挖面破坏模式，并计算了极限支护压力值。吕应力释放，而软弱土层自身稳定性差，应力释放有可玺琳等通过三维弹塑性有限元数值模拟，分析了能诱发土体失稳，故通常需将压力舱的压力控制在开挖面极限支护压力随隧道埋深比和土体强度参数合理

6、范围内以维持开挖面的稳定性。在地下水丰富的变化规律。而有关渗流条件下开挖面稳定性的研的地层中进行隧道施工时，土体开挖导致的水头差究也已取得了一些进展，由于难以通过解析方法求易引发地下水渗流，而地下水的渗流作用通常是开得开挖面处的渗流力，所以目前对渗流条件下开挖挖面失稳的主要诱因。在越江、跨海或存在高承压面稳定性分析常用的方法是先进行渗流数值模拟，水等的隧道工程中，如何克服地下水渗流的影响是再将其模拟结果叠加到开挖面稳定性力学分析模型保证隧道工程施工安全的关键所在，因此开展渗流中。如Anagnostou和Kovdri通过在楔形体模型基条件下的隧道开挖面稳定性研究具有重要意义。础

7、上叠加渗流力，建立了渗流条件下开挖面稳定性针对盾构隧道开挖面稳定性问题，目前在理论的极限平衡法。Lee等将极限分析上限法计算的分析模型、数值模拟和模型试验研究H等方面已开挖面有效支护压力和有限元计算的渗流力之和作基金项目：重庆交通大学(桥梁)结构工程重点实验室开放基金项目(CQSLBF-Y11—3)收稿日期：2013—11—29作者简介：郑佳艳(1976一)，女，四川省遂宁市人，硕士，副教授．公路交通技术2014生析，得到以下结论：式的初期支护结构。1)特大断面隧道扁平率过大或过小均不利于有效利用隧道空