砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定性理论分析

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2023年第9期北京时间：

作者：王立新，胡瑞青，任超，张才飞，张俊元，姜寅，刘畅

单位：1.中铁第一勘察设计院集团有限公司， 陕西 西安710043;2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院)， 陕西 西安 710043;3.长安大学 公路学院， 陕西 西安 710064

摘要：盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时，由于砂卵石的地层特性及施工扰动，隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力，结合砂卵石地层的掌子面失稳模式，在三维Murayama模型的基础上，将掌子面前方土体的滑动面形式假设为对数螺旋滑移线，结合上部松动区域的破坏机制，引入椭球体放矿理论，对传统的棱柱体筒仓模型进行改进，进一步通过极限平衡法推导出砂卵石地层的掌子面极限支护力求解公式；最后通过离散元数值模拟验证所推公式，两者的误差为3.1 %。结果表明所得公式可对砂卵石地层的掌子面极限支护力进行较为精确的求解。研究成果以期为砂卵石地层掌子面极限支护力计算理论提供依据。

关键词：盾构隧道,砂卵石地层,掌子面稳定性,理论分析,极限平衡法

基金资助：国家自然科学基金资助项目（51878060）； 中铁第一勘察设计院集团有限公司科研开发项目（院科19-52， 院科20-21， 院科20-53）