高水压作用TBM管片裂损致灾机理及防控对策

来源：中国血液净化杂志2025年第9期北京时间：

作者：沈俊, 李泽亮, 阳军生, 包小华, 陈湘生, 王振华

单位：1. 深圳大学 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室, 广东 深圳 518060;2. 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室(深圳大学), 广东 深圳 518060;3. 深圳大学 土木与交通工程学院, 广东 深圳 518060;4. 中南大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410075;5. 中铁三局集团广东建设工程有限公司, 广东 广州 510000"],"fundList_en":["National Key R & D Program of China (2024YFF0507902)； National Natural Science Foundation of China (52408431)

摘要：针对高水压区间TBM隧道施工中管片破损问题，依托某高水压TBM隧道工程，结合现场监测、数值模拟与理论分析，系统探讨了高水压环境下TBM管片的受力特征及破损机理。探究了渗流-应力耦合作用对管片破损的影响，并通过数值模拟和现场监测相结合的方法，揭示了高水压条件下隧道衬砌的非对称变形与裂缝扩展机制。研究结果表明:在高水压环境下，隧道管片受渗透压力影响，特别是在围岩破碎带和构造复杂区域，管片出现非对称变形和裂缝扩展，同时由于局部水压力不均匀分布导致应力集中，进一步加剧了破损。数值模拟显示:高水压偏压效应导致的局部应力集中可使管片的最大主应力增幅达到约30%，并在拱顶区域形成较高的拉应力，导致裂缝扩展的风险显著增加。研究还通过数值模拟分析揭示了空洞效应如何破坏围岩对管片的均匀支撑，导致局部应力不均匀分布，并进一步加剧裂缝萌生与扩展。基于此，提出了高水压TBM隧道的防控对策，包括加强渗流-应力耦合防控、优化管片接头加固及实施动态监测与实时调整施工方案。为高水压区间TBM隧道的设计与施工提供了新的理论视角与实践依据，具有重要的工程应用价值与创新意义。

关键词：隧道工程,TBM隧道,现场测试,高水压,管片压溃,扩展有限元

基金资助：国家重点研发计划项目(2024YFF0507902);国家自然科学基金项目(52408431)