閔凡路, 宋航標(biāo), *, 柏煜新, 姚占虎
(1. 河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210098; 2. 河海大學(xué)土木與交通學(xué)院, 江蘇 南京 210098; 3. 中交第一公路工程局有限公司, 北京 100024)
近十幾年來,我國已成為世界上應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)最多的國家,尤其是在城市地鐵和穿越江河及海底的隧道建設(shè)中[1]。目前我國的盾構(gòu)隧道技術(shù)正朝著大斷面、長距離以及穿越江河或海底高水壓、高滲透性地層等復(fù)雜水文地質(zhì)條件的方向發(fā)展,泥水盾構(gòu)工法以其優(yōu)越的壓力控制模式得到越來越多的應(yīng)用[2-3]。由于穿越高水壓、高滲透性地層及堤防等重要構(gòu)筑物的隧道多采用泥水盾構(gòu)施工,開挖面支護(hù)力與地層土水壓力相差較大時(shí),會(huì)引起開挖面前方土體失穩(wěn)破壞,引發(fā)地表沉降或隆起,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生開挖面被擊穿、大量泥漿噴發(fā)等事故[4]。在過去數(shù)十年里,關(guān)于盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性的研究,大多是針對(duì)開挖面的主動(dòng)破壞問題開展的[5-6]。近年來盾構(gòu)隧道開挖面的被動(dòng)破壞失穩(wěn)問題逐漸引起關(guān)注,2005年荷蘭的Heinenroord第二隧道采用直徑8.5 m的泥水盾構(gòu)在砂土地層施工時(shí),因泥漿壓力設(shè)定過大導(dǎo)致開挖面發(fā)生被動(dòng)破壞事故,這是國際上第一次報(bào)道實(shí)際工程中盾構(gòu)隧道開挖面發(fā)生被動(dòng)破壞事故[7]; 2013年2月南京緯三路過江通道(直徑14.93 m)在江面以下50多m的卵礫石和風(fēng)化巖地層中進(jìn)行帶壓開艙檢修時(shí),因氣壓設(shè)定過大而造成氣體沖破開挖面,氣體以50 m3/h快速逃逸,最終導(dǎo)致江底坍塌,形成巨型坑,盾構(gòu)被迫停機(jī)長達(dá)數(shù)月,嚴(yán)重耽誤工期。
我國開建了多條大型泥水盾構(gòu)隧道,其中多數(shù)隧道穿越江河底部等復(fù)雜工況,斷面大、距離長、水壓力大是其最重要的特點(diǎn),再加上施工中穿越始發(fā)及江中沖槽淺覆土、高滲透性砂土地層、江中帶壓開艙等危險(xiǎn)工況,使得對(duì)開挖面穩(wěn)定性的控制非常困難。特別是15 m級(jí)直徑的大斷面隧道,由于泥漿壓力梯度很難與地層水平土水壓力梯度保持一致,開挖面上壓力分布不均勻,開挖面頂部泥漿壓力顯著大于地層土水壓力,導(dǎo)致開挖面極易發(fā)生泥漿劈裂、被動(dòng)失穩(wěn)等事故。因此,有必要對(duì)盾構(gòu)隧道開挖面被動(dòng)破壞的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)和分析,指出泥水盾構(gòu)砂土地層開挖面被動(dòng)破壞研究中存在的問題,這些問題的深入研究,可為我國大規(guī)模興建的大直徑水下隧道的開挖面穩(wěn)定控制提供參考。
目前關(guān)于盾構(gòu)隧道開挖面被動(dòng)破壞方面的研究,主要是采用以極限分析法為主的理論分析法、三維有限元數(shù)值模擬法以及物理模型試驗(yàn)法開展的。
早期關(guān)于隧道開挖面被動(dòng)破壞的相關(guān)研究多是理論研究,是采用基于理想塑性體的極限分析法,即上、下限定理的上限解法進(jìn)行的,取得了大量的成果。E.H. Davis等[8]基于穩(wěn)定系數(shù),提出了不排水條件下黏性土中盾構(gòu)開挖面被動(dòng)破壞的失穩(wěn)破壞模式(如圖1所示),并推導(dǎo)了二維平面應(yīng)變條件下的上限解和開挖面穩(wěn)定系數(shù)公式,可用于計(jì)算C/D<3時(shí)的隧道的不排水穩(wěn)定性(C為隧道埋深,D為隧道直徑); E. Leca等[9]在求解砂質(zhì)開挖面被動(dòng)破壞極限支護(hù)力時(shí),將破壞面假設(shè)為一個(gè)延伸到地表的倒錐體(如圖2所示),并求解了隧道開挖面被動(dòng)破壞極限支護(hù)力的上限解:
(1)
σs為地表超載;σT為開挖面支護(hù)力;β為楔形體模型的楔形角;γ、δ為輔助符號(hào)。
圖1 E.H. Davis等的二維上限模型
Fig. 1 Two-dimensional upper bound model
H為隧道中心線距地表距離;v為圓錐體運(yùn)動(dòng)速度;φ為圓錐開口角度;α為圓錐中心線與水平面夾角。
圖2 E. Leca等假定的被動(dòng)破壞面
Fig. 2 Assumed passive failure surface
A.H. Soubra[10]對(duì)E. Leca等的倒圓錐形滑動(dòng)面模型進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展,將破壞區(qū)域分為3塊,其中底部和上部各是一個(gè)倒錐體,中間塊由縱向?qū)ΨQ面上的對(duì)數(shù)螺旋線連接組成; G. Mollon等[11]則對(duì)A. H. Soubra的模型進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn),認(rèn)為破壞區(qū)域是由5個(gè)錐體拼接組合而成; 李得建等[12]通過上限法優(yōu)化計(jì)算發(fā)現(xiàn),錐形體數(shù)目小于4時(shí)被動(dòng)破壞極限支護(hù)力降低速度較快,當(dāng)錐形體數(shù)目大于20時(shí)計(jì)算精度提高有限。上述極限分析法研究得出的被動(dòng)破壞區(qū)域和圓形隧道開挖面表面的相交處是一個(gè)橢圓形,即破壞區(qū)域在隧道開挖面處是個(gè)橢圓形區(qū)域,這與實(shí)際為圓形的開挖面不吻合,但是隨著破壞面被劃分為更多塊錐形體或2個(gè)對(duì)數(shù)螺旋線,采用此種方法計(jì)算開挖面被動(dòng)破壞極限支護(hù)力的結(jié)果與實(shí)際情況漸趨符合[13-14]。Su等[15]提出的三維平動(dòng)多塊滑移破壞機(jī)制考慮開挖面相切處為圓形,且淺埋大直徑隧道頂部支護(hù)壓力與C/D呈正相關(guān),底部則呈相反趨勢(shì)。除此之外,Yang等[16]利用極限分析與非線性破壞準(zhǔn)則推導(dǎo)了孔隙水壓力下保持開挖面穩(wěn)定的最大支護(hù)力解析解,并發(fā)現(xiàn)土體參數(shù)的隨機(jī)選擇是影響開挖面最大支護(hù)力最重要的因素之一; Zhao等[17]利用上限分析法研究發(fā)現(xiàn)砂土地層中隧道傾角和L/D(L為隧道長度)對(duì)開挖面被動(dòng)破壞具有重要影響,尤其當(dāng)傾角范圍為-10°~10°時(shí)影響最為明顯。
G. Anagnostou 等[18]基于楔形體模型考慮了泥漿滲透對(duì)開挖面穩(wěn)定性的不利影響,指出盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的開挖面支護(hù)力可以采用薄膜模型進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)遇到如透鏡體或局部砂層等特殊情況時(shí),采用泥漿“滲透模型”分析開挖面的穩(wěn)定情況; W. Broere等[19]在G. Anagnostou研究的基礎(chǔ)上建立了地下水流動(dòng)模型,分析了由于泥漿滲透導(dǎo)致地層中超靜孔隙水壓力變化對(duì)開挖面穩(wěn)定的影響; 裴紅軍[20]對(duì)楔形體模型做了分層計(jì)算處理,使改進(jìn)后的楔形體模型可以很好地解決開挖面前方的不同土層問題,并采用極限平衡法計(jì)算了被動(dòng)破壞支護(hù)力; 趙紅澤等[21]對(duì)“楔形體”模型進(jìn)行了簡化,通過引入影響開挖面穩(wěn)定的參數(shù)并采用線性擬合的方法,得到了考慮砂土重度、盾構(gòu)開挖面直徑和埋深等因素影響的極限支護(hù)力簡化計(jì)算方法。
由以上研究可以看出: 1)采用極限分析法研究開挖面被動(dòng)破壞問題,若假定的破壞模型較為簡單,則計(jì)算結(jié)果與實(shí)際被動(dòng)破壞區(qū)域存在較大的差異; 2)若假定的破壞模型被劃分得更細(xì),則計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況比較吻合,但計(jì)算過程會(huì)比較繁瑣; 3)泥水盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)泥漿滲透會(huì)對(duì)開挖面穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,能夠模擬隧道開挖過程的三維數(shù)值模擬方法越來越多地被用來模擬盾構(gòu)隧道開挖面的被動(dòng)破壞過程[15, 22]。Wong等[23]基于土體的修正劍橋模型,采用ABAQUS軟件對(duì)下軟上硬地層中城市地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)引起的被動(dòng)失穩(wěn)進(jìn)行了模擬研究,結(jié)果表明開挖面上部硬殼地層的存在對(duì)開挖面的穩(wěn)定是有利的,它使得被動(dòng)失穩(wěn)支護(hù)力提高了10%左右; 陳仁朋等[24]采用ABAQUS軟件,對(duì)直徑為6.34 m的地鐵盾構(gòu)隧道在砂性土中因開挖面支護(hù)力過大引起的被動(dòng)破壞過程進(jìn)行了模擬,并將傳統(tǒng)的三維楔形體模型中的棱柱體修正為倒棱臺(tái)體,計(jì)算了不同埋深比、不同內(nèi)摩擦角時(shí)的開挖面被動(dòng)破壞極限支護(hù)力; 呂璽琳等[25]通過三維有限元強(qiáng)度折減數(shù)值模擬,對(duì)滲流條件下盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性安全系數(shù)及其與支護(hù)壓力的關(guān)系進(jìn)行了研究,將基于有限元計(jì)算不收斂作為開挖面破壞標(biāo)準(zhǔn),獲得了開挖面被動(dòng)變形模式下的開挖面穩(wěn)定安全系數(shù),認(rèn)為安全系數(shù)的減小會(huì)導(dǎo)致開挖面由主動(dòng)破壞形式向被動(dòng)破壞過渡,并得到了開挖面的最終破壞模式。
Li等[26]以上海滬崇蘇隧道泥水盾構(gòu)(直徑為15.43 m)施工為背景,分析了大直徑與小直徑泥水盾構(gòu)開挖面上的受力差異,認(rèn)為兩者的失穩(wěn)形式存在較大差異,并采用FLAC3D軟件對(duì)大直徑開挖面被動(dòng)破壞進(jìn)行了模擬,分析了局部破壞與整體破壞發(fā)生的可能,研究了泥漿壓力梯度對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響; 周舒威等[27]利用FLAC3D軟件研究發(fā)現(xiàn)大直徑泥水平衡頂管的被動(dòng)破壞模式是水平圓柱體破壞模式,該模式適用條件為層狀、均質(zhì)黏性土地層; 楊三資[28]利用FLAC3D軟件對(duì)直徑為10 m和6 m的盾構(gòu)隧道施工進(jìn)行數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)大直徑和小直徑盾構(gòu)開挖引起的地表沉降槽差異較大。
由以上研究結(jié)果可以看出: 1)在試驗(yàn)條件受限制的情況下,數(shù)值模擬是進(jìn)行開挖面被動(dòng)破壞研究的有效方法; 2)大直徑開挖面受力分布和失穩(wěn)模式與小直徑開挖面存在較大差異,可能發(fā)生局部破壞。
模型試驗(yàn)是檢驗(yàn)理論分析和數(shù)值模擬得出的極限支護(hù)力是否合理、指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際工程的重要方法,在盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用越來越多,取得了良好的進(jìn)展。R.J. Mair等[29]通過均勻地層離心機(jī)模型試驗(yàn)對(duì)開挖面穩(wěn)定問題進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)黏土地層破壞面是由隧道仰拱向上部和兩側(cè)擴(kuò)展的,呈下部較窄、上部區(qū)域較寬的盆狀; 而砂土地層破壞面是由隧道兩側(cè)豎直向上直接發(fā)展至地表的狹窄煙囪狀。文獻(xiàn)[30-31]針對(duì)泥水盾構(gòu)泥漿壓力過大引發(fā)的軟黏土地層開挖面劈裂破壞、泥水噴發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行理論分析和模型試驗(yàn)研究,認(rèn)為泥水噴發(fā)現(xiàn)象是否發(fā)生與劈裂縫處的泥水壓力作用時(shí)間t0以及劈裂發(fā)生后伸展到達(dá)水底的時(shí)間ts有關(guān),當(dāng)ts 離心模型可以實(shí)現(xiàn)模型地基與實(shí)際地基的應(yīng)力等效,已成為解決復(fù)雜巖土工程問題的重要途徑[34]。2012年,Wong等[35]在飽和砂土中創(chuàng)建了直徑5 m的盾構(gòu)開挖面被動(dòng)失穩(wěn)離心模型,其中模型盾構(gòu)的開挖面是以剛性板模擬的(如圖3所示),研究結(jié)果表明,當(dāng)埋深比C/D=2.2時(shí),開挖面呈現(xiàn)漏斗狀失穩(wěn)模式,地表隆起變形成高斯正態(tài)分布;當(dāng)C/D=4.3時(shí),地表的變形受到周圍土體的限制,開挖面呈現(xiàn)局部失穩(wěn)模式,測(cè)試得到發(fā)生被動(dòng)破壞時(shí)開挖面的支護(hù)力比采用有限元的計(jì)算值小50%。2013年,Ng等[36]在黏土中進(jìn)行了類似的離心模型試驗(yàn)(模擬盾構(gòu)直徑為5 m,C/D分別為2.1和4.2),研究中還分析了開挖面隆起過程中地層超靜孔隙水應(yīng)力的變化規(guī)律及被動(dòng)破壞發(fā)生后超靜孔隙水應(yīng)力的消散規(guī)律。齊立志[37]開展了類似的盾構(gòu)隧道砂土地層開挖面被動(dòng)破壞離心機(jī)模型試驗(yàn),認(rèn)為開挖面被動(dòng)破壞區(qū)域大致為楔形體加倒棱臺(tái)的形狀,并與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。 圖3 Wong等離心模型試驗(yàn)中采用的模型盾構(gòu)Fig. 3 Shield model used in centrifugal model test 由以上研究可以看出: 1)重力加速度為1g條件下的模型試驗(yàn)反映了開挖面被動(dòng)破壞的規(guī)律,并給實(shí)際工程施工提供了較好的參考,但應(yīng)力水平和室內(nèi)模型尺寸與實(shí)際工程存在較大的差異; 2)已有的模型試驗(yàn)多是在軟黏土地層中開展的,在高滲透性砂土地層中考慮泥漿滲透對(duì)開挖面穩(wěn)定性影響的研究較少; 3)已開展的離心模型試驗(yàn)?zāi)M的是小直徑盾構(gòu),且以剛性板模擬開挖面研究其變形,與開挖面實(shí)際受力和變形情況存在較大差異。 由于黏土地層滲透系數(shù)很小,關(guān)于黏土地層開挖面泥漿劈裂破壞的研究不需要考慮泥漿滲透的影響,開挖面穩(wěn)定性的計(jì)算也可采用薄膜模型進(jìn)行。然而,在高滲透性的砂卵石地層中,由于泥漿向地層中滲透會(huì)導(dǎo)致地層中孔隙水壓力上升,因此,在實(shí)際施工中,泥漿壓力的設(shè)定是在地層土水壓力的基礎(chǔ)上加上地層孔隙水壓力的上升值。當(dāng)泥漿壓力設(shè)定較大時(shí),泥漿會(huì)沖破泥膜,沿著地層最小主應(yīng)力的方向劈裂地層,發(fā)生被動(dòng)失穩(wěn)。目前關(guān)于泥漿成膜的研究取得了較大的進(jìn)展[3, 38],但是砂土地層中泥漿沖破泥膜、發(fā)生劈裂破壞過程中泥漿壓力在地層中的傳遞規(guī)律,以及對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響還缺乏試驗(yàn)研究和機(jī)制分析。 目前大直徑盾構(gòu)隧道多是采用泥水盾構(gòu)技術(shù)修建,參考李昀等[26, 32]的研究,分析不同直徑盾構(gòu)開挖面上的受力差異(如圖4所示)。開挖面支護(hù)力的設(shè)定一般以隧道中心處為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,圖4中兩隧道中心埋深相同,因此兩隧道中心處壓力艙泥漿壓力相同,且等于地層土水壓力。由于壓力艙泥漿壓力梯度很難與地層土水壓力梯度較好地保持一致(泥漿重度小于地層土體的重度),隨著盾構(gòu)直徑的增大,開挖面頂部和底部泥漿壓力與地層土水壓力差值也隨之變大。相比小直徑開挖面(以城市地鐵直徑6.28 m左右的盾構(gòu)為例),大直徑開挖面(以南京緯三路過江通道直徑15 m的盾構(gòu)為例)上的這一差值會(huì)變得非常明顯,特別是在淺覆土地層或者高滲透性的砂土地層中施工時(shí),開挖面上部泥漿壓力過大,極易導(dǎo)致泥漿開挖面發(fā)生劈裂等被動(dòng)破壞失穩(wěn)事故。 (a) 普通直徑盾構(gòu)隧道 (b) 大直徑盾構(gòu)隧道 D0、D為盾構(gòu)直徑;σu、σb為拱頂和拱底處的泥漿壓力值;σ0u、σ0b為拱頂和拱底處的水土壓力值。 圖4不同直徑盾構(gòu)開挖面受力差異示意圖 Fig. 4 Force diversity of shield excavation face for shields with different diameters 此外,當(dāng)盾構(gòu)采用氣壓支護(hù)開挖面進(jìn)行帶壓開艙檢修時(shí)[4, 39],氣壓的壓力梯度為0,則大直徑開挖面頂部和底部泥漿壓力與地層土水壓力差值更大,開挖面的穩(wěn)定控制更為困難。 因此大直徑開挖面頂部和底部承受的支護(hù)壓力與地層壓力的差值比小直徑開挖面上的壓力差大得多,這使得大直徑盾構(gòu)開挖面在淺覆土以及帶壓開艙檢修時(shí)面臨的被動(dòng)破壞問題更為嚴(yán)峻。 離心模型試驗(yàn)是目前進(jìn)行盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性研究最為有效的方法,由于受到試驗(yàn)條件的限制,目前僅有少數(shù)學(xué)者開展了小直徑開挖面被動(dòng)破壞的離心模型試驗(yàn)[35-37]。 已開展的離心模型試驗(yàn)中,盾構(gòu)開挖面一般采用剛性板模擬,以位移控制式進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),開挖面土體是整體移動(dòng)的,一旦發(fā)生破壞也是整體破壞,這與實(shí)際盾構(gòu)開挖面及前方土體的受力等情況存在較大的差異。 圖5示出3種常見的盾構(gòu)刀盤形式,刀盤上30%~80%不等的開口面積,使得壓力艙內(nèi)的泥土壓力或泥漿壓力直接作用在地層上,隨著支護(hù)力、覆土厚度以及盾構(gòu)直徑的變化,開挖面上受力分布也存在較大的差異,有發(fā)生局部失穩(wěn)破壞的可能。 若將剛性板開挖面改進(jìn)為“帶孔剛性板+外包乳膠膜”等柔性材料,則可以較真實(shí)地反映開挖面及前方土體的受力和變形情況。 因此,為了獲得更真實(shí)的開挖面被動(dòng)破壞的形態(tài),有必要以“帶孔剛性板+外包乳膠膜”等柔性材料模擬開挖面,進(jìn)行被動(dòng)破壞離心模型試驗(yàn)。 (a) 輻條式刀盤 (b) 輻條面板式刀盤 (c) 面板式刀盤圖5 常見盾構(gòu)刀盤開口形式Fig. 5 Common opening form of shield cutterhead 開挖面的穩(wěn)定問題一直是盾構(gòu)隧道施工中最重要的問題,良好地保持開挖面的穩(wěn)定基本上保證了盾構(gòu)隧道的安全順利施工。 相比于開挖面主動(dòng)破壞問題,被動(dòng)破壞引發(fā)的事故和相關(guān)研究還較少,但在理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)等方面取得了一定的研究進(jìn)展。 本文通過總結(jié)和分析目前已有的開挖面被動(dòng)破壞方面的研究進(jìn)展,得出如下結(jié)論并提出建議。 1)泥漿沖破泥膜、發(fā)生劈裂破壞作為泥水盾構(gòu)開挖面被動(dòng)破壞的主要形式,目前還缺乏在高水壓、強(qiáng)滲透地層中相關(guān)過程的研究,可以結(jié)合高水壓、強(qiáng)滲透性砂土地層開展泥漿沖破泥膜、發(fā)生劈裂破壞過程中泥漿壓力在地層中的傳遞規(guī)律及對(duì)開挖面穩(wěn)定性影響的研究,分析地層有效應(yīng)力的變化,明確泥漿滲透作用對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響。 2)泥水盾構(gòu)正常掘進(jìn)時(shí),大直徑開挖面面臨的被動(dòng)破壞問題比小直徑開挖面更加嚴(yán)峻,尤其是在帶壓開艙檢修時(shí),開挖面采用氣壓支護(hù),大直徑盾構(gòu)在平衡地層壓力、維持開挖面穩(wěn)定方面更加困難。 但是受到試驗(yàn)條件的限制,相關(guān)研究還多以理論分析和數(shù)值模擬為主,缺乏帶壓開艙時(shí)氣壓支護(hù)下開挖面穩(wěn)定性的研究。 在今后的研究中,需開展大直徑開挖面被動(dòng)破壞的模型試驗(yàn)和氣壓支護(hù)條件下開挖面的穩(wěn)定性等方面的研究。 3)采用剛性板模擬盾構(gòu)開挖面進(jìn)行的離心模型試驗(yàn),與開挖面土體實(shí)際的受力和變形情況存在較大的差異。 在今后的研究中有必要以“帶孔剛性板+外包乳膠膜”等柔性材料模擬開挖面,開展被動(dòng)破壞離心模型試驗(yàn),以獲得更真實(shí)的開挖面被動(dòng)破壞形態(tài)。 對(duì)盾構(gòu)開挖面被動(dòng)破壞問題的深入研究,有利于揭示泥水盾構(gòu)砂土地層開挖面被動(dòng)破壞發(fā)生的機(jī)制,研究成果將豐富盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定控制理論,且可用于指導(dǎo)大直徑開挖面被動(dòng)破壞失穩(wěn)的防治。 參考文獻(xiàn)(References): [1] 朱偉, 閔凡路, 姚占虎, 等. 盾構(gòu)隧道開艙技術(shù)現(xiàn)狀及實(shí)例[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2015, 52(1): 9. ZHU Wei, MIN Fanlu, YAO Zhanhu, et al. Technical status and case study of intervention in the shield chamber[J]. Modern Tunnelling Technology, 2015, 52(1): 9. [2] 郭信君, 閔凡路, 鐘小春, 等. 南京長江隧道工程難點(diǎn)分析與關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2012, 31(10): 2154. GUO Xinjun, MIN Fanlu, ZHONG Xiaochun, et al. Summaries of key technologies and difficulties in Nanjing Yangtze River Tunnel Project[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(10): 2154. [3] 閔凡路, 朱偉, 魏代偉, 等. 泥水加壓盾構(gòu)泥膜形成時(shí)地層孔壓變化規(guī)律研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2013, 35(4): 722. MIN Fanlu, ZHU Wei, WEI Daiwei, et al. Change of pore water pressure in soil as filter cakes formed on excavation face in slurry shield[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2013, 35(4): 722. [4] MIN Fanlu, ZHU Wei, LIN Cheng, et al. Opening the excavation chamber of the large-diameter size slurry shield: A case study in Nanjing Yangtze River Tunnel in China[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2015, 46: 18. [5] 朱偉, 秦建設(shè), 盧廷浩. 砂土中盾構(gòu)開挖面變形與破壞數(shù)值模擬研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2005, 27(8): 897. ZHU Wei, QIN Jianshe, LU Tinghao. Numerical study of face movement and collapse around shield tunnels in sand[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(8): 897. [6] 韋良文, 張慶賀, 孫統(tǒng)立, 等. 盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定研究進(jìn)展[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2007, 26(6): 67. WEI Liangwen, ZHANG Qinghe, SUN Tongli, et al. Current research state of face stability in shield tunneling and future development[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2007, 26(6): 67. [7]BEZUIJEN A, BRASSINGA H M. Blow-out pressures measured in a centrifuge model and in the field[C]//International Symposium on Modern Tunneling Science and Technology. Rotterdam: A.A.Balkema Publisher, 2001. [8] DAVIS E H, GUNN M J, MAIR R J, et al. The stability of shallow tunnels and underground openings in cohesive material[J]. Géotechnique, 1980, 30(4): 397. [9] LECA E, DORMIEUX L. Upper and lower bound solutions for the face stability of shallow circular tunnels infrictional material[J]. Géotechnique, 1990, 40(4): 581. [10] SOUBRA A H. Kinematical approach to face stability analysis of shallow circular tunnels[C]//Proceedings of the Eight International Symposium on Plasticity. [S.l.]: [s.n.], 2000. [11] MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Face stability analysis of circular tunnels driven by a pressurized shield[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2010, 136(1): 215. [12]李得建, 趙煉恒, 楊峰, 等. 非線性破壞準(zhǔn)則下淺埋隧道掌子面三維被動(dòng)破壞穩(wěn)定性能耗分析改進(jìn)方法[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2016, 35(4): 743. LI Dejian, ZHAO Lianheng, YANG Feng, et al. Three-dimensional stability analysis of passive failure on shallow tunnel face based on the nonlinear failure criterion[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(4): 743. [13] MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Probabilistic analysis and design of circular tunnels against face stability[J]. International Journal of Geomechanics, 2009, 9(6): 237. [14] MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Rotational failure mechanisms for the face stability analysis of tunnels driven by a pressurized shield[J]. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2011, 35(12): 1363. [15] SU Yi, WANG Guofeng, ZHOU Qinghong. Tunnel face stability and ground settlement in pressurized shield tunneling[J]. Journal of Central South University, 2014, 21(4): 1600. [16] YANG Xiaoli, YAO Cong, ZHANG Jiahua. Safe retaining pressures for pressurized tunnel face using nonlinear failure criterion and reliability theory[J]. Journal of Central South University, 2016, 23(3): 708. [17] ZHAO Lianheng, LI Dejian, LI Liang, et al. Three-dimensional stability analysis of a longitudinally inclined shallow tunnel face[J]. Computers and Geotechnics, 2017, 87: 32. [18] ANAGNOSTOU G, KOVARI K. The face stability of slurry-shield-driven tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1994, 9(2): 165. [19] BROERE W. Tunnel face stability & new CPT applications[D]. Delft: Delft University of Technology, 2001. [20] 裴紅軍. 城市隧道盾構(gòu)法施工開挖面穩(wěn)定性研究[D]. 南京: 河海大學(xué), 2005. PEI Hongjun. Study of face stability of tunneling shield in urban areas[D]. Nanjing: Hohai University, 2005. 必須加強(qiáng)對(duì)科研經(jīng)費(fèi)的管理,以貫徹落實(shí)黨風(fēng)廉政精神。充分利用科研經(jīng)費(fèi)管理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),進(jìn)一步推動(dòng)制度建設(shè),規(guī)范科研經(jīng)費(fèi)使用,以確保科研活動(dòng)保持健康發(fā)展活力,不變形、不走樣,確??蒲腥藛T合法權(quán)益受到保護(hù),能全身心投入科研事業(yè)。外部檢查和內(nèi)部監(jiān)督須“雙管齊下”,構(gòu)建全方位的監(jiān)管機(jī)制,從根源上杜絕違法違規(guī)使用科研經(jīng)費(fèi)的行為?!?/p> [21] 趙紅澤, 鄭群飛, 朱建明, 等. 楔形體模型的簡化計(jì)算方法[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2017, 54(1): 83. ZHAO Hongze, ZHENG Qunfei, ZHU Jianming, et al. A simplified calculation method for the wedge model[J]. Modern Tunnelling Technology, 2017, 54(1): 83. [22] DIAS D, JANIN J P, SOUBRA A H, et al. Three-dimensional face stability analysis of circular tunnels by numerical simulations[C]//Proceedings of Geocongress 2008, ASCE. [S.l.]: Geotechnical Special Publication, 179: 886. [23]WONG K S, NG C W W, CHEN Y M, et al. Three-dimensional analysis of passive failure of circular tunnel face in layered ground[C]// Proceedings of the 2nd International Conference on Computational Methods in Tunnelling. Bochum: Ruhr University Bochum, 2009: 841. [24] 陳仁朋, 齊立志, 湯旅軍, 等. 砂土地層盾構(gòu)隧道開挖面被動(dòng)破壞極限支護(hù)力研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2013, 32(增刊1): 2877. CHEN Renpeng, QI Lizhi, TANG Lüjun, et al. Study of limit supporting force of excavation face′s passive failure of shield tunnels in sand strata[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(S1): 2877. [25] 呂璽琳, 周運(yùn)才. 滲流條件下盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性三維強(qiáng)度折減數(shù)值模擬[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào), 2016, 24(增刊1): 952. LYU Xilin, ZHOU Yuncai. Three-dimensional strength reduction numerical simulation of the face stability of shield tunnel under seepage condition[J]. Journal of Engineering Gelolgy, 2016, 24(S1): 952. [26] LI Y, EMERIAULT F, KASTNER R, et al. Stability analysis of large slurry shield-driven tunnel in soft clay[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2009, 24 (4): 472. ZHOU Shuwei, XIA Caichu, GE Jinke, et al. Calculation method for the passive limit support pressure of extra-large diameter slurry balance pipe-jacking machine in clay[J]. Modern Tunnelling Technology, 2015, 52(3): 127. [28] 楊三資. 10 m直徑盾構(gòu)與6 m直徑盾構(gòu)引起的土體擾動(dòng)規(guī)律對(duì)比研究[D]. 北京: 北京市市政工程研究院, 2012. YANG Sanzi. Research on the soil disturbance between 10 m diameter shield and 6 m diameter shield[D]. Beijing: Beijing Municipal Engineering Research Institute, 2012. [29] MAIR R J, TAYLOR R N. Bored tunneling in the urban environment[C]//Proceedings of the 14th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Hamburg: A. A. Balkema Publishers, 1997: 2353. [30] 袁大軍, 黃清飛, 李興高, 等. 盾構(gòu)掘進(jìn)黏土地層泥水劈裂伸展現(xiàn)象研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2010, 32(5): 712. YUAN Dajun, HUANG Qingfei, LI Xinggao, et al. Hydraulic fracture extending during slurry shield tunneling in cohesive soil[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010, 32(5): 712. [31] 劉學(xué)彥, 袁大軍. 泥水劈裂伸展現(xiàn)象的力學(xué)分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2013, 32(7): 1434. LIU Xueyan, YUAN Dajun. Mechanical analysis of slurry fracture propagation phenomenon[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(7): 1434. [32] 李昀, 張子新, 張冠軍. 泥水平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定模型試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2007, 29(7): 1074. LI Yun, ZHANG Zixin, ZHANG Guanjun. Laboratory study of face stability mechanism of slurry shield[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2007, 29(7): 1074. [33] LEE Yongjun, LEE Sangduk. Effect of a frontal impermeable layer on the excess slurry pressure during the shield tunneling in the saturated sand[J]. Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, 2011, 13(4): 347. [34] TAYLOR R N. Geotechnical centrifuge technology[M]. London: Blackie Academic & Professional, 1995. [35] WONG K S, NG C W W, CHEN Y M, et al. Centrifuge and numerical investigation of passive failure of tunnel face in sand[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2012, 28: 297. [36] NG C W W, WONG K S. Investigation of passive failure and deformation mechanisms due to tunneling in clay[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50(4): 359. [37] 齊立志. 砂層地基盾構(gòu)隧道開挖面被動(dòng)破壞支護(hù)力研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2012. QI Lizhi. Study of blow-out face pressure of shield tunnels in sand[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2012. [38] MIN Fanlu, ZHU Wei, HAN Xiaorui. Filter cake formation for slurry shield tunneling in highly permeable sand[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2013, 38: 423. [39] 閔凡路, 姜騰, 魏代偉, 等. 泥水盾構(gòu)帶壓開艙時(shí)泥漿配制及泥膜形成實(shí)驗(yàn)研究[J]. 隧道建設(shè), 2014, 34(9): 857. MIN Fanlu, JIANG Teng, WEI Daiwei, et al. Experimental study of preparation and filter membrane formation of slurry during hyperbaric operation in tunneling by slurry shield[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(9): 857.2 盾構(gòu)隧道開挖面被動(dòng)破壞研究中存在的問題
2.1 泥漿向地層中滲透對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響
2.2 大直徑盾構(gòu)隧道開挖面受力與小直徑盾構(gòu)隧道差異分析
2.3 離心模型中盾構(gòu)開挖面的模擬問題
3 結(jié)論與建議