高水壓砂土地層中泥水盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)機理與風險評估研究.pdf

1、隨著我國地下空間的大規(guī)模開發(fā)利用，盾構(gòu)隧道工程的環(huán)境條件越來越復雜，施工中出現(xiàn)了諸多問題，其中較為突出的是支護壓力不足造成的開挖面失穩(wěn)及地層變形過大。特別是近年來我國水下盾構(gòu)隧道工程快速發(fā)展，由于覆土厚度一般較淺、水壓較大，開挖面穩(wěn)定難以控制，稍有不慎就有可能發(fā)生開挖面坍塌和水體倒灌等事故。因此，研究高水壓條件下盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)風險具有現(xiàn)實意義。
　　本文結(jié)合南京地鐵10號線江心洲站～中間風井區(qū)間過江隧道工程，通過理論分析、數(shù)值

2、模擬以及現(xiàn)場調(diào)查和實測等方法，對高水壓條件下砂土地層中泥水盾構(gòu)隧道施工過程中的開挖面穩(wěn)定性相關(guān)問題進行了研究，主要工作和研究成果包括以下幾個方面:
　　(1)利用Handy拱效應(yīng)理論和Mohr-Coulomb準則得出了失穩(wěn)土體形狀的計算方法，失穩(wěn)土體形狀類似貝殼形?；跇O限平衡分析理論建立了盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性分析模型，并將模型的計算結(jié)果與其他理論分析方法、離心試驗以及數(shù)值模擬分析的結(jié)果進行了對比。提出了可用于指導施工的開挖面支護

3、壓力極限值工程參考圖。
　　(2)利用FLAC3D有限差分程序計算了高水壓條件下砂土地層中大直徑泥水盾構(gòu)隧道開挖面支護壓力極限值，分析了砂土內(nèi)摩擦角、黏聚力、彈性模量、隧道埋深、直徑、水位等因素對開挖面支護壓力的影響，研究了失穩(wěn)破壞模式以及失穩(wěn)過程中土壓力的變化規(guī)律。結(jié)果表明，高水壓條件下開挖面支護壓力極限值比無水壓時增大約一個量級。
　　(3)借鑒W.Kent Muhlbaucr提出的在管道風險管理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的肯特法的基

4、本思想，對泥水盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)風險進行了分析，將風險因素分為地質(zhì)指數(shù)、隧道指數(shù)、設(shè)計指數(shù)、施工指數(shù)等項，建立了風險評估模型。修改肯特法中相關(guān)指數(shù)的評分準則，采用風險指數(shù)先相加、再與后果系數(shù)相乘的算法計算相對風險評估值，得分越高，風險越大。
　　(4)結(jié)合南京地鐵10號線江心洲站～中間風井區(qū)間過江隧道工程，利用本文建立的泥水盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)風險評估模型，選取了開挖面失穩(wěn)風險相對較大和較小的2個典型斷面進行了開挖面失穩(wěn)風險評估，并