复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2021.S1.003

隧道建设（中英文） ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (S1): 19-.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.S1.003

复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究

刘继强¹，陈晓庆^2，*，张晓东¹，乔亚飞²

（1. 中铁南方投资集团有限公司，广东深圳 518000； 2. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系，上海 200092）

出版日期:2021-07-30 发布日期:2021-08-27
作者简介:刘继强（1971—），男，山东郯城人，2016年毕业于北京交通大学，城市轨道交通专业，博士，教授级高级工程师，主要从事城市轨道交通技术等科研与技术管理工作。E-mail： 13189751839@163.com。*通信作者：陈晓庆， E-mail： Chenxiaoqing0525@163.com。
基金资助:
中铁南方2020年度科技创新计划立项课题“复杂地层海底大直径泥水盾构隧道施工控制关键技术研究”；国家自然科学基金重大项目（52090083）

Numerical Analysis of Face Stability of LargeDiameter Slurry Shield Used in Mawan Subsea Tunnel in Complex Strata

LIU Jiqiang¹, CHEN Xiaoqing^{2, *}, ZHANG Xiaodong¹, QIAO Yafei²

(1.China Railway Southern Investment Group Co., Ltd., Shenzhen 518000, Guangdong, China; 2. Department of Geotechnical Engineering College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Online:2021-07-30 Published:2021-08-27

摘要/Abstract

摘要： 为研究复杂地层条件下泥水压力对掌子面稳定性的影响，依托连续穿越全断面软弱地层、上软下硬地层以及全断面微风化岩层的妈湾海底大直径泥水盾构隧道，分别建立不同地层条件下掌子面稳定性分析三维数值模型，得到掌子面位移分布规律及极限支护应力比。此外，由于既有研究常采用矩形荷载模式对泥水压力进行简化，对比分析实际梯形荷载模式及简化矩形荷载模式对掌子面稳定性分析的差异。结果表明： 1）全断面软弱地层中掌子面位移分布呈现“中间均匀，两端分化”形态，上软下硬地层中自拱顶向拱底大致线性减小； 2）采用切线交汇法获得掌子面的极限支护应力比全断面软弱地层最大，上软下硬地层次之，全断面微风化岩层中最小； 3）掌子面在梯形荷载分布情况下上部土体位移远大于矩形荷载分布情况，且得到的极限支护应力比大于矩形荷载分布，计算中忽略泥水容重影响是不合理的。

关键词: 大直径泥水盾构隧道, 掌子面稳定性, 泥水压力, 复杂地层, 数值分析

Abstract:

A largediameter slurry shield used in Mawan subsea tunnel continuously crosses through fullface soft stratum, uppersoft and lowerhard strata, and fullface slightlyweathered rock stratum. To investigate the influence of slurry pressure of slurry shield on face stability under complex strata conditions, 3D numerical simulation models under different strata are established to obtain corresponding displacement distribution laws and ultimate minimum supportstress ratio of tunnel face. In addition, the rectangular load mode is often used to simplify the slurry pressure in previous researches, the differences between the actual trapezoidal load mode and the simplified rectangular load mode in the stability analysis of tunnel face are compared and analyzed. The results show the following. (1) In the case of fullface soft stratum, the displacement of the tunnel face is relatively uniform in the middle of tunnel face, while it is quite different at both ends, whereas in the uppersoft and lowerhard strata, the displacement decreases linearly from the arch crown to the bottom. (2) The maximum supportstress ratio of the tunnel face obtained by tangent intersection method is the largest in the fullface soft stratum, followed by that in uppersoft and lowerhard strata, and that in the fullface slightlyweathered rock stratum is the smallest. (3) In the case of trapezoidal load distribution, both the upper soil displacement and the obtained ultimate minimum support stress ratio are far larger than that of rectangular load distribution, indicating that it is unreasonable to ignore the influence of unit weight of slurry in calculation.

Key words: large-diameter slurry shield tunnel, face stability, slurry pressure, complex strata, numerical analysis

中图分类号:

U 45

刘继强, 陈晓庆, 张晓东, 乔亚飞.

复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究 [J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 19-.

LIU Jiqiang, CHEN Xiaoqing, ZHANG Xiaodong, QIAO Yafei.

Numerical Analysis of Face Stability of LargeDiameter Slurry Shield Used in Mawan Subsea Tunnel in Complex Strata [J]. Tunnel Construction, 2021, 41(S1): 19-.

[1]	黄继辉, 唐志成, 张晓辉, 陈小羊, 郭晓. EFPI的地层关联性与复杂地层盾构掘进参数的演化规律分析[J]. 隧道建设, 2021, 41(S2): 215-221.
[2]	TONG Jianjun, LIU Dagang, ZHANG Xiao, WANG Zhilong, ZHAO Siguang, LI Jiawang. Design Method for Support Structure of Large Crosssection Tunnels in Hubei on ZhengzhouWanzhou Railway Constructed by Mechanized Means（大断面隧道机械化施工支护结构设计方法）[J]. 隧道建设, 2021, 41(1): 116-125.
[3]	王志坚. 郑万高铁隧道大断面机械化施工关键技术研究[J]. 隧道建设, 2018, 38(8): 1257-1270.
[4]	刘大刚，姚萌，张霄. 郑万高铁大断面岩质隧道掌子面稳定性评价及控制措施[J]. 隧道建设, 2018, 38(8): 1311-1315.
[5]	李洋，马留闯，王峰. 古夫隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术[J]. 隧道建设, 2018, 38(8): 1371-1378.
[6]	陈家康，刘陕南，肖晓春，吴俊，李磊，汪磊. 复合地层中超大直径泥水盾构施工开挖面泥水压力确定方法研究[J]. 隧道建设, 2018, 38(4): 619-626.
[7]	邓涛，刘大刚，蔡闽金，赵思光，何伟. 基于中条山隧道的台阶法几何参数优化分析[J]. 隧道建设, 2017, 37(12): 1550-1556.
[8]	吴昊. 复杂地层浅埋暗挖地铁区间隧道近距离下穿地下商业街设计及施工关键技术[J]. 隧道建设, 2016, 36(8): 988-996.
[9]	张志奇，李彤，韩爱民，苏明，黄新强. 复杂地层盾构掘进速率和刀盘扭矩预测模型及其地层适应性研究[J]. 隧道建设, 2016, 36(12): 1449-1455.
[10]	张萌，孙骋. 大直径土压平衡盾构在复杂地层中的掘进技术探析[J]. 隧道建设, 2015, 35(S2): 157-161.
[11]	石先火，戴远全，郭建强. 岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析--以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例[J]. 隧道建设, 2015, 35(8): 787-791.
[12]	邵利平. 二重管深孔注浆技术在超浅埋暗挖通道复杂地层中的应用[J]. 隧道建设, 2011, 31(增刊2): 171-175.
[13]	高军, 赵运臣. 武汉长江盾构隧道洞口浅埋段施工地层稳定性数值分析[J]. 隧道建设, 2007, 27(1): 8-12,16.

复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究

Numerical Analysis of Face Stability of LargeDiameter Slurry Shield Used in Mawan Subsea Tunnel in Complex Strata

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 13

编辑推荐

Metrics

本文评价