考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性分析

• 作 者: 霍晓科
• 出 处: 中国地质大学(北京)
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 土拱效应 开挖面 极限分析法 FLAC3D 极限支护力

在大量的盾构隧道施工过程中,控制地面沉降在许可的范围是一个十分重要的问题。而控制地面沉降,关键在于控制盾构密封舱支护力的大小,支护力是维持开挖面稳定、限制隧道上方土体变形的主控条件。基于极限分析法的隧道开挖面破坏模式已经取得了丰富的研究成果,极限支护力计算表达式趋于多样化,但学者们很少研究土拱效应对极限支护力大小的影响。本文基于极限分析上限法,在考虑土拱效应的条件下对开挖面稳定性进行分析,并采用数值模拟、工程实例对上述理论进行了验证。主要工作总结如下:1.建立在Leca单块体破坏模式的基础上,考虑滑块体受到周围土体侧向土压力的作用,基于极限分析上限法,得出盾构隧道开挖面极限支护力的表达式。由于Leca单块体破坏模式中对于滑块体和周围土体的刚体假设,将周围土体的侧向土压力等效转化为“部分粘聚力”。利用Matlab编程计算极限支护力数值,并将计算结果与Leca理论值相比较。2.利用FLAC3D软件模拟盾构隧道开挖面前方土体变形与破坏,得到开挖面极限支护力的大小,分别与Leca单块体、考虑土拱效应的理论结果对比,数值模拟的结果与本文得出的极限支护力更加接近。3.对北京地铁八号线天桥站~永定门外站区间进行实例分析,得出开挖面的极限支护力,与本文计算所得极限支护力更加接近,再次验证了考虑土拱效应的盾构隧道开挖面理论的科学性。4.最后探究了隧道埋深、盾构直径、土体粘聚力以及内摩擦角因素对开挖面极限支护力的影响规律。随隧道直径增加,开挖面极限支护应力比逐渐增加,极限支护力逐渐增大;随粘聚力、内摩擦角的增加,开挖面极限支护应力比逐渐减小,极限支护力逐渐减小;随盾构埋深的增大,开挖面极限支护应力比逐渐减小,极限支护力不断增加,但增加幅度不大。