孔隙水压力效应下非均匀地层盾构隧道稳定性分析

为了确定盾构隧道穿越不均匀地层时由上下地层间力学性质差异所引起的开挖面支护力,以组合对数螺旋线模型为基础,建立非均匀地层中盾构开挖面失稳模型,使用极限分析上限法推导了不均匀地层盾构隧道开挖面极限支护力上限解,借助非线性优化技术手段,求出极限支护力最优解,与已有成果进行对比。并研究了孔隙水压力等其他不同参数对支护力上限及开挖面前方潜在破坏区域的影响。结果表明:上下部地层支护力随地层内摩擦角和黏聚力的增大而降低,上下部的极限支护力随着土体重度以及孔隙水压力系数的增大而增大;破坏范围随着内摩擦角和孔隙水压力系数的增大而减小,黏聚力和土体重度对破坏范围影响较小。

基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升;2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定;3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。

富水复合地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

针对南昌地铁4号线富水复合地层,对饱和砾砂和中风化泥质粉砂岩进行渣土改良试验,选择合适的改良剂,并开展改良剂性能测试,基于坍落度试验、渗透性试验、直剪试验确定饱和砾砂和中风化泥质粉砂岩的改良剂合理添加比。将室内渣土试验成果应用于现场渣土改良,验证室内渣土改良试验的合理性。结果表明,采用泡沫剂溶液浓度为3%和膨润土泥浆配合比为1∶8时,改良剂性能满足工程要求。对于饱和砾砂渣土,合适的改良剂添加方式为泡沫与膨润土泥浆比4∶1,添加比为5%~7%;对于中风化泥质粉砂岩,合适的改良剂添加方式为泡沫与膨润土泥浆比为1∶4,添加比为10.8%~12.6%,或者全膨润土泥浆,添加比为9.9%~12%。