稳态渗流条件下盾构隧道松动土压力计算模型研究

作     者：王将 袁大军 金大龙 牛紫龙 张兵 Wang Jiang;Yuan Dajun;Jin Dalong;Niu Zilong;Zhang Bing

作者机构：北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 汕头市苏埃通道建设投资发展有限公司汕头515071 中铁隧道集团有限公司盾构及掘进技术国家重点实验室郑州450001 

出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)

年 卷 期：2019年第52卷第A01期

页      面：92-98页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2018YJS106) 国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2015CB057800) 国家自然科学基金资助项目(51678037) 国家自然科学基金联合基金资助项目(U1834208) 

主　　题：盾构隧道 松动土压力 渗流 主应力轴旋转 

摘      要：越江海或地下水丰富的盾构隧道在长期使用过程中渗水情况时有发生,由此引起的渗流场对隧道顶部荷载的影响是不容忽视的,但现有的松动土压力计算理论很少考虑渗流效应,对此提出了稳态渗流条件下的盾构隧道松动土压力计算模型.考虑盾构隧道处于稳态渗流状态,基于复变函数的映射变换,推导了隧道覆土内的孔隙水压力与渗流力表达式;引入小主应力轴旋转理论,得出了相应的侧压力系数计算公式;基于太沙基土拱效应分析模型,在渗流作用与主应力轴旋转效应分析的基础上,采用极限平衡法建立了竖向应力的微分方程,给出了盾构隧道顶部的有效松动土压力解析解答,分析了关键参数对计算结果的影响,并与有限差分软件FLAC的模拟结果进行了对比验证.研究结果表明:渗透系数相对值越大,隧道拱顶的有效松动土压力越大,但渗透系数相对值增大到一定程度后,该值的变化对于土拱效应影响很小;管片内侧水头恒定时,隧道拱顶的有效松动土压力随着渗流量的增加而减少;地表水头高度越大,隧道顶部的有效松动土压力越小;地表水头高度一定时,管片内侧水头高度的增加会削弱隧道顶部土拱效应;拱顶土体的位移越大,土拱效应越强;本文模型计算结果与FLAC模拟结果吻合良好,验证了本文模型的有效性.