滲流作用下復(fù)合地層盾構(gòu)隧道施工開挖面穩(wěn)定性及控制研究

王清平

身份證號：4101051993＊＊＊＊0035 湖南 長沙 410000

前言：盾構(gòu)法作為一種隧道開挖施工方式，其對于城市正常運行擾動較小，因此在城市地下

一、滲流作用概述

在認識滲流作用前，首先我們需要了解何為滲流？所謂滲流具體指的是在相應(yīng)介質(zhì)中，流體在其中的縫隙進行流動的過程。上述這些介質(zhì)組成比較復(fù)雜，一般都由塊狀或顆粒狀等材料組成，并且在這些材料之間，還含有許多孔隙或者裂隙。一般情況下，對于地表面以下的土壤或巖層而言，其作為一種介質(zhì)，若發(fā)生滲流作用，我們一般將其稱之為地下水運動，這是在自然界之中，我們經(jīng)常見到的滲流現(xiàn)象。滲流作用在盾構(gòu)施工領(lǐng)域也有較為重要的影響，地下水的滲流作用產(chǎn)生的滲透力會改變開挖面土體的有效應(yīng)力，從而改變滑動面上的滑動力，導(dǎo)致隧道開挖面失穩(wěn)，地下水和隧道圍巖的相互作用會顯著降低圍巖的穩(wěn)定性和強度，地下水侵入和滲出會引起隧道滲漏，嚴重影響盾構(gòu)開挖安全性，因此有必要對滲流作用下基于不同地層的盾構(gòu)施工開挖面穩(wěn)定性及控制進行分析，這對于提升盾構(gòu)開挖安全穩(wěn)定性有著重要的意義。

二、滲流作用下基于不同地層的盾構(gòu)施工開挖面穩(wěn)定性及控制分析

（一）滲流作用下均質(zhì)地層盾構(gòu)施工開挖面穩(wěn)定性及控制分析

一般盾構(gòu)在該地層進行開挖時，一般需要注意做好以下幾點穩(wěn)定性影響因素控制。在這一過程中，可假設(shè)盾構(gòu)的直徑為10m，管片主要是鋼筋混凝土材料，鋼筋型號為C50，厚度在0.5m左右。一是分析埋深因素對開挖面穩(wěn)定性影響。一般而言，無論埋深深度多少，盾構(gòu)對于開挖面的的破壞整體規(guī)律則表現(xiàn)一致，都是自開挖面開始，逐漸向地表不斷進行擴展，并且一般最大的變形位置，都分布在開挖面的上方。當埋深越淺，破壞范圍通常能夠直接通至地表，當埋深不斷擴大，破壞范圍開始從原本的向上發(fā)展，逐漸為向開挖前方聚集，相應(yīng)土拱效益也愈發(fā)明顯。總體而言，埋深越淺，盾構(gòu)開挖面越穩(wěn)定，反之，盾構(gòu)開挖面崩塌的風險也就越高。通過了解這一點，能夠?qū)崿F(xiàn)對開挖面穩(wěn)定性更加良好的控制。二是砂土內(nèi)摩擦角對開挖面穩(wěn)定性的影響，一般而言，隨著內(nèi)摩擦角的不斷增大，開挖面的破壞變形也將越小，并且最大變形位置也在逐漸上移，并且土體極限支護力也就越小，相應(yīng)開挖面也就越來越穩(wěn)定。三是滲透系數(shù)對盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性的影響，滲透系數(shù)對于土質(zhì)滲透能力大小有著重要的影響，因此通過研究滲透系數(shù)對開挖面失穩(wěn)破壞與支護力的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性更好的控制。一般而言，砂土的滲透系數(shù)越大，相應(yīng)對于開挖面的破壞變形也就越小，并且從變形范圍上來看，也開始從向上貫通轉(zhuǎn)為水平方向的發(fā)展。與此同時，在滲透系數(shù)不斷增大的條件之下，開挖面孔隙壓力也會逐漸減小，但開挖面的水平位移會逐漸增大，而對于開挖面失穩(wěn)破壞臨界點所對應(yīng)的支護力比值而言，則會逐漸減小。從滲透系數(shù)對于開挖支護應(yīng)力的影響來看，一般支護力比大于0.25時，開挖面的水平位移就會逐漸減少，以下是不同支護系數(shù)下開挖面極限支護力的數(shù)值，當滲透系數(shù)為1e-4m/s時，極限支護力為76kpa;當滲透系數(shù)為1e-5m/s時，極限支護力為94kpa;當滲透系數(shù)為1e-6m/s時，極限支護力為86kpa;當滲透系數(shù)為1e-7m/s時，極限支護力為102kpa。通過了解這一極限支護力，更有助于實現(xiàn)對開挖面的安全穩(wěn)定性控制。

（二）滲流作用下灰?guī)r地層盾構(gòu)施工開挖面穩(wěn)定性及控制分析

針對于該地層的盾構(gòu)施工開挖面穩(wěn)定性及控制分析，選擇的參數(shù)條件同上文一致。同樣需要分析各種影響因素。一是埋深對于開挖面穩(wěn)定性的影響，一般而言，在不同埋深下，其對于開挖面穩(wěn)定性破壞均有著一致的規(guī)律，通常都是自開挖面開始，逐漸向地表進行擴展，其中針對于最大變形位置，通常位于開挖面前部的下方，隨著埋深的逐漸增大，在針對開挖面穩(wěn)定性破壞范圍方面，開始從向上，慢慢轉(zhuǎn)為向開挖面前方積聚，土拱效益愈發(fā)明顯。并且在不同埋深下，開挖面的極限支護力也在隨之發(fā)生變化，通過了解這一極限支護力，更有助于進行開挖面穩(wěn)定性控制。一般而言，當埋設(shè)為10m時，極限支護力為45kpa;當埋設(shè)為15m時，極限支護力為47kpa;當埋設(shè)為20m時，極限支護力為53.2kpa;當埋設(shè)為25m時，極限支護力為53.4kpa;當埋設(shè)為30m時，極限支護力為53.3kpa。二是灰?guī)r內(nèi)摩擦角對開挖面穩(wěn)定性帶來的影響，隨著內(nèi)摩擦角的不斷增大，開挖面的破壞變形也將越小，并且最大變形位置也在上移，并且土體極限支護力也就越小，相應(yīng)開挖面也就越來越穩(wěn)定。三是滲透系數(shù)對于開挖面的穩(wěn)定性影響，一般而言，滲透系數(shù)不同，開挖面孔隙壓力也表現(xiàn)為相同的規(guī)律，并且從開挖面孔隙壓力值來看，整體區(qū)別也并不明顯。伴隨著隨著滲透系數(shù)的增大，開挖面水平位移也會逐漸增大，從開挖面破壞范圍來看，其開始從全斷面破壞轉(zhuǎn)向為部分破壞。滲透系數(shù)對于開挖面變形有效較大的影響，當滲透系數(shù)越來越大時，開挖面的水平位移開始先減少，然后緩緩呈向逐漸增大的方向發(fā)展。針對于最大水平位置，通常是在開挖面中下部2m位置。從滲透系數(shù)對于開挖面極限支護力影響來看，當滲透系數(shù)為1e-4m/s時，極限支護力為88.95kpa;當滲透系數(shù)為1e-5m/s時，極限支護力為83.2kpa;當滲透系數(shù)為1e-6m/s時，極限支護力為74.3kpa;當滲透系數(shù)為1e-7m/s時，極限支護力為73.1kpa。通過了解這一極限支護力，更有助于實現(xiàn)對開挖面的安全穩(wěn)定性控制。

總結(jié)：綜上所述，在實際開展盾構(gòu)施工過程中，一旦出現(xiàn)開挖面坍塌問題，不僅會對施工人員生命安全造成嚴重的威脅，還會對整體施工進度造成不利影響，因此在實際施工時，需要充分考慮不同地質(zhì)的滲流作用對開挖穩(wěn)定性的影響，從而才能更好的進行開挖面穩(wěn)定性控制，有效保護開挖面的安全。