基于极限平衡理论的超大直径顶管渗流开挖面稳定性研究

为解决地下水渗流引起的顶管隧道开挖面失稳破坏问题,基于极限平衡理论,推导得到地下水复合地层极限支护压力解析解。依托中交二公局超大直径钢顶管工程,建立隧道开挖面渗流场模型,分析了开挖面非线性变形规律和岩体强度特性,揭示了开挖面失稳破坏机制。研究结果表明:无水模式下,地表沉降最大值与围岩深度呈线性函数关系,有地下水的情况下,两者关系可用抛物线描述,且随着地下水位的增高,地表沉降位移梯度增加;开挖面剪切应力扰动范围为1.5D,在渗流力作用下,应力曲线簇分布宽度更窄,应力振荡现象更明显。随着地下水位的增高,滑动面破裂角向水平方向扩展,土拱区高度增加,形成整体失稳滑移面;成拱系数在拱顶路径达到最大值1.92,边墙路径和45°路径成拱系数均小于0.5。

砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究

盾构法隧道施工过程中,土体密实度对开挖面极限支护力值与稳定性影响是一个非常重要的因素。基于Kirsch室内模型试验,采用颗粒流计算分析了隧道掘进过程中土体密实度对开挖面极限支护力、残余支护力以及开挖面前方土体孔隙比变化的影响,从细观角度解释了砂土中盾构隧道开挖面失稳机理,分析了砂土中盾构隧道掘进时土体破坏形态与分布范围;进而提出了计算开挖面极限支护力的改进楔形体分析模型。研究成果可为盾构隧道施工中分析开挖面的稳定提供参考。