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现代隧道技术 2024, Vol. 61 Issue (5) :21-28    DOI:
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上硬下软复合地层大直径盾构掌子面稳定性研究
(1.广州市市政工程设计研究总院有限公司,广州 510060;2.深圳大学土木与交通工程学院,深圳 518060; 3.深圳大学未来地下城市研究院,深圳 518060)
Research on the Stability of the Working Face of Large-diameter Shield Tun? nelling in Upper Hard and Lower Soft Composite Strata
(1. Guangzhou Municipal Engineering Design & Research Institute Co.,Ltd., Guangzhou 510060; 2. College of Civil and Transportation Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518000; 3.Underground Polis Academy, Shenzhen University, Shenzhen 518000)
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摘要 大直径盾构在上硬下软复合地层中施工,大大增加了维持隧道掌子面稳定性的难度。为研究复合地层上下部地层相对软硬程度对掌子面破坏机理的影响,采用数值和理论方法系统地研究不同无侧限抗压强度比(Ku/Kl)条件下掌子面失稳灾变的演化机理。通过数值模拟分析随Ku/Kl的增加,掌子面失稳灾变的演化过程,建立了考虑不同强度比的掌子面失稳预测模型,并与相关理论模型进行对比验证。结果表明:(1)随着Ku/Kl增加,极限支护压力先是速降,随后缓降,最后趋于稳定;(2)Ding模型对Ku/Kl的变化敏感度最高,且预测结果更为保守,而Mollon模型和本文提出的模型的计算结果与数值模拟结果更接近;(3)破坏角取为45°+φ/2时,维持开挖面稳定所需的极限支护压力最大;(4)随着黏聚力和内摩擦角的增加,临界Ku/Kl呈线性减小;随着埋深比和土体重度的增加,临界Ku/Kl则保持不变。
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魏立新1 杨春山1 刘力英1 宋棋龙2
3 苏 栋2
3
关键词盾构隧道   复合地层   上硬下软   掌子面   极限平衡法     
Abstract: The construction of large-diameter shield tunnels in upper hard and lower soft composite strata signifi? cantly increases the difficulty of maintaining the stability of the tunnel excavation face. To investigate the influence of the relative hardness of the upper and lower strata on the failure mechanism of the excavation face, numerical and theoretical methods were systematically employed to study the evolution mechanism of excavation face instability under different unconfined compressive strength ratios (Ku/Kl ). Numerical simulations revealed changes in the instability modes of the excavation face as Ku/Kl increased. A theoretical model predicting excavation face instability considering different strength ratios was established and validated against related theoretical models. The results indicate that:(1) as Ku/Kl increases, the ultimate support pressure first decreases rapidly, then gradually stabilizes; (2) the Ding model is most sensitive to variations in Ku/Kl and provides more conservative predictions, while the results of the Mollon model and the model proposed in this paper are closer to numerical simulations; (3) when the failure angle is taken as 45° + φ/2, the maximum ultimate support pressure required to maintain the stability of the excavation face is obtained; (4) as cohesion and internal friction angle increase, the critical Ku/Kl decreases linearly; the critical Ku/Kl remains unchanged with increasing burial ratio and soil density.
KeywordsShield tunnel,   Composite strata,   Upper hard and lower soft,   Excavation face,   Limit equilibrium method     
基金资助:广东省住房和城乡建设厅2022年科技创新计划(2022-K4-094918);深圳市科技计划资助(20220808143139001);深圳大学2035追求卓越研究计划(2022B007).
作者简介: 魏立新(1975-),男,硕士,教授级高级工程师,主要从事隧道工程等领域的教学与科研工作,E-mail: wlxgxm@163.com. 通讯作者:宋棋龙(1998-),男,博士研究生,主要从事隧道工程的研究工作,E-mail: 2060471029@email.szu.edu.cn.
引用本文:   
魏立新1 杨春山1 刘力英1 宋棋龙2, 3 苏 栋2, 3 .上硬下软复合地层大直径盾构掌子面稳定性研究[J]  现代隧道技术, 2024,V61(5): 21-28
WEI Lixin1 YANG Chunshan1 LIU Liying1 SONG Qilong2, 3 SU Dong2, 3 .Research on the Stability of the Working Face of Large-diameter Shield Tun? nelling in Upper Hard and Lower Soft Composite Strata[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2024,V61(5): 21-28
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2024/V61/I5/21
 
没有本文参考文献
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