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砂土地层中不同支护模式下盾构隧道开挖面稳定性研究

武军 廖少明 王坤

武军, 廖少明, 王坤, 2018. 砂土地层中不同支护模式下盾构隧道开挖面稳定性研究. 地质力学学报, 24 (6): 879-886. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.092
引用本文: 武军, 廖少明, 王坤, 2018. 砂土地层中不同支护模式下盾构隧道开挖面稳定性研究. 地质力学学报, 24 (6): 879-886. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.092
WU Jun, LIAO Shaoming, WANG Kun, 2018. FACE STABILITY OF SHIELD TUNNEL WITH DIFFERENT SUPPORT MODELS IN SAND. Journal of Geomechanics, 24 (6): 879-886. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.092
Citation: WU Jun, LIAO Shaoming, WANG Kun, 2018. FACE STABILITY OF SHIELD TUNNEL WITH DIFFERENT SUPPORT MODELS IN SAND. Journal of Geomechanics, 24 (6): 879-886. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.092

砂土地层中不同支护模式下盾构隧道开挖面稳定性研究

doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.092
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51078292

详细信息
    作者简介:

    武军(1984-), 男, 博士, 工程师, 从事隧道施工环境影响及隧道稳定性、耐久性研究。E-mail:wwwx207@yeah.net

  • 中图分类号: U455

FACE STABILITY OF SHIELD TUNNEL WITH DIFFERENT SUPPORT MODELS IN SAND

  • 摘要: 防止盾构隧道开挖面失稳的关键是合理设置不同盾构支护平衡模式下的支护压应力。在改进的筒仓楔形体模型计算方法得出的开挖面松动土体对刀盘压力呈近似呈抛物线分布的基础上,研究了气压支护模式、泥水支护模式和土压支护模式下,盾构隧道开挖面分别在地下水位以上和地下水位以下时开挖面的稳定性,研究结果表明:有效支护应力均匀分布时,除粘土开挖面下部失稳外,其余土体均为开挖面中下部失稳;有效支护压应力呈上小下大的梯形分布时,除软粘土开挖面下部失稳外,其余土体均为开挖面上部失稳;有效支护应力呈上大下小的梯形分布时,所有土体开挖面均为下部失稳;在气压、泥水和土压平衡支护模式下,开挖面在未到达筒仓楔形体模型所假设的开挖面整体失稳前,开挖面已经发生了局部失稳,采用筒仓楔形体模型确定的极限稳定支护力是不安全的。最后给出了开挖面松动土体对刀盘压应力公式中计算参数的无量纲化图,以方便实际工程运用。

     

  • 图  1  不同支护模式下支护压应力分布图[13]

    a—干土中气压应力分布;b—饱和土中气压应力分布;c—干土中泥水压应力分布;d—饱和土中泥水压应力分布;e—干土中渣土压应力分布;f—饱和土中渣土压应力分布

    Figure  1.  Support pressure distributions with compressed air、pressurized slurry and earth pressure balanced shield[13]

    图  2  不同支护模式下开挖面合应力沿深度的分布状态图

    a—气压支护模式下地下水位以上开挖面合应力沿深度的分布状态;b—气压支护模式下地下水位以下开挖面合应力沿深度的分布状态;c—泥水支护模式下地下水位以上开挖面合应力沿深度的分布状态;d—泥水支护模式下地下水位以下开挖面合应力沿深度的分布状态;e—土压支护模式下地下水位以上开挖面合应力沿深度的分布状态;f—土压支护模式下地下水位以下开挖面合应力沿深度的分布状态

    Figure  2.  The distribution of the stress along the depth of the face with compressed air, pressurized slurry and earth pressure balanced shield

    图  3  不同支护模式下开挖面合应力与δ的关系图

    a—气压支护模式下地下水位以上开挖面合应力与δ的关系;b—气压支护模式下地下水位以下开挖面合应力与δ的关系;c—泥水支护模式下地下水位以上开挖面合应力与δ的关系;d—泥水支护模式下地下水位以下开挖面合应力与δ的关系;e—土压支护模式下地下水位以上开挖面合应力与δ的关系;f—土压支护模式下地下水位以下开挖面合应力与δ的关系

    Figure  3.  Change of the resultant pressure distributions on work face with δ with compressed air, pressurized slurry and earth pressure balanced shield

    图  4  设计参数的无量纲化图

    a—k2的无量纲化;b—f的无量纲化;c—g的无量纲化;d—σC的无量纲化

    Figure  4.  Simplified design charts for the dimensionless coefficients

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-08
  • 修回日期:  2018-09-30
  • 刊出日期:  2018-12-01

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