針對不斷推進越江海大斷面隧道建設(shè)的現(xiàn)狀,分析了盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性對盾構(gòu)安全掘進的重要性,同時對泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的研究方法、研究理論以及擬解決的主要問題等方面進行分析。通過綜述國內(nèi)外泥水盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性的研究發(fā)展歷程及近期新的發(fā)展趨勢,討論了已有的泥水盾構(gòu)開挖面失穩(wěn)經(jīng)典理論及模型試驗的局限性,介紹了泥水劈裂失穩(wěn)的判定標(biāo)準(zhǔn)和模型試驗等相關(guān)研究,同時分析了泥膜及刀盤對開挖面穩(wěn)定的作用,最后展望了水下隧道,特別是高水壓越江海大直徑泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性問題未來的研究及發(fā)展方向。研究主要從經(jīng)典理論、泥水劈裂和泥膜等方面討論盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定等問題,也涉及合理覆土厚度等工程問題。研究結(jié)果表明:由于泥水盾構(gòu)本身的復(fù)雜性以及地層的多樣性,使盾構(gòu)與土相互作用下的開挖面穩(wěn)定問題的研究更為困難;尚沒有更具普遍意義的泥水動態(tài)成膜評價標(biāo)準(zhǔn)以及刀盤對開挖面的支護作用的研究成果,特別是高水壓、復(fù)雜地層等條件下的開挖面穩(wěn)定問題屬交叉領(lǐng)域頗多,更需深入研究,方可為工程所用。 

【文章來源】：中國公路學(xué)報. 2017,30(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

圖１刀具前端到盾殼前端距離示意Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＤｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ

密切相關(guān)，即盾構(gòu)掘進中如果劈裂發(fā)生后，隨著盾構(gòu)繼續(xù)掘進，盾殼到達劈裂口，將劈裂口堵死，劈裂則會停止伸展。在切削面的劈裂發(fā)生后盾構(gòu)掘進的最長距離（圖１），即最大的距離為刀具前端到盾構(gòu)殼體的前端的距離Ｌ。因此，劈裂發(fā)生口的泥水壓力的作用時間ｔ０可表示為ｔ０＝Ｌ／Ｖｓ（２）式中：Ｖｓ為盾構(gòu)機的掘進速度。另一方面，劈裂發(fā)生口的周長Ｌｔ可表示為Ｌｔ＝Ｄ２＋４ｑｃｔｔａｎ（?）槡ｂ（３）式中：ｔ為劈裂繼續(xù)時間；?為圖２所示的斜向上劈裂伸展的角度；Ｄ為盾構(gòu)直徑；ｑｃ為劈裂伸展泥水流量；ｂ為劈裂開展寬度；Ｈ為覆土厚度。圖２中：θ為劈裂面與盾構(gòu)機上表面的夾角；Ｓ為泥水劈裂到達地表的距離。圖１刀具前端到盾殼前端距離示意Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＤｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍＣｕｔｔｅｒＰｏｉｎｔｔｏＳｋｉｎＰｌａｔｅＰｏｉｎｔ圖２斜向上劈裂圖像Ｆｉｇ．２ＳｈａｐｅｓｏｆＯｂｌｉｑｕｅｌｙＵｐｗａｒｄＦｒａｃｔｕｒｅ距離Ｌｔ隨著時間的增加而增加，到達地表時為Ｌｓ，這時發(fā)生泥水噴發(fā)。如果設(shè)劈裂發(fā)生伸展到地面的時問為ｔｓ，則劈裂到達地面時發(fā)生口的周長Ｌｓ可表示為Ｌｓ＝Ｄ２＋４ｑｃｔｓｔａｎ（?）槡ｂ（４）ｔｓ＝（Ｌｓ－Ｄ２）ｂ４ｑｃｔａｎ（?）（５）將ｔｓ與ｔ０進行比較，可判斷是否能發(fā)生泥水噴發(fā)現(xiàn)象。即ｔｓ＜ｔ０時，發(fā)生劈裂失穩(wěn)現(xiàn)象；ｔｓ＞ｔ０時，劈裂失穩(wěn)現(xiàn)象將不會發(fā)生。３．３泥水劈裂試驗研究３．３．

）ｔｓ＝（Ｌｓ－Ｄ２）ｂ４ｑｃｔａｎ（?）（５）將ｔｓ與ｔ０進行比較，可判斷是否能發(fā)生泥水噴發(fā)現(xiàn)象。即ｔｓ＜ｔ０時，發(fā)生劈裂失穩(wěn)現(xiàn)象；ｔｓ＞ｔ０時，劈裂失穩(wěn)現(xiàn)象將不會發(fā)生。３．３泥水劈裂試驗研究３．３．１室內(nèi)泥水劈裂試驗在實際泥水平衡盾構(gòu)掘進施工中為防止泥水劈裂，可以使用式（６）作為泥水壓力設(shè)定上限［５２］，也可以鉆取實際地層土樣，使用室內(nèi)泥水劈裂試驗［４］進行地層劈裂抗力測定。室內(nèi)泥水劈裂儀如圖３所示（圖３中σｖ為豎向壓力，σｈ為水平圍壓）。式（６）可表示為Ｐｆ＝［１＋ｓｉｎ（φ）］σ３＋ｃｃｏｓ（φ）（６）式中：ｃ為黏聚力；φ為土體內(nèi)摩擦角。圖３室內(nèi)泥水劈裂儀Ｆｉｇ．３ＳｌｕｒｒｙＦｒａｃｔｕｒｉｎｇＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙ國內(nèi)外關(guān)于劈裂伸展方面的研究成果甚少。實際的劈裂現(xiàn)象與室內(nèi)小型三軸劈裂試驗不同，劈裂發(fā)生后會有一個伸展的過程，由于現(xiàn)場試驗有許多不確定因素以及試驗工程條件的限制，進行盾構(gòu)掘進泥水劈裂模型試驗可以更加全面的探明盾構(gòu)開挖面處泥水劈裂發(fā)生機理和控制原理。盾構(gòu)掘進泥水劈裂模型試驗研究發(fā)現(xiàn)［５４］：當(dāng)?shù)貙訛樯盥竦貙訒r，劈裂一般是鉛直方向發(fā)生；當(dāng)?shù)貙訛闇\埋地層時，劈裂是斜向上發(fā)生。圖４為文獻［５４］中的室內(nèi)掘進試驗結(jié)果，結(jié)果表明圖４中Ａ區(qū)２９第８期袁大軍，等：泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性研究

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]泥水盾構(gòu)帶壓開艙時泥膜性質(zhì)對其閉氣性的影響研究[J]. 張寧,姚占虎,朱偉,閔凡路,姜騰.  現(xiàn)代隧道技術(shù). 2015(04)
[3]考慮滲流條件下開挖面失穩(wěn)離心試驗研究[J]. 陳仁朋,尹鑫晟,湯旅軍,陳云敏.  巖土力學(xué). 2015(S1)
[4]泥水盾構(gòu)掘進過程中的泥水劈裂現(xiàn)象現(xiàn)場試驗研究（英文）[J]. Xue-yan LIU,Da-jun YUAN.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2014(07)
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[6]砂土地層泥水盾構(gòu)泥膜形成時間及泥漿壓力轉(zhuǎn)化率的試驗研究[J]. 魏代偉,朱偉,閔凡路.  巖土力學(xué). 2014(02)
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[8]密實砂土地層盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)離心模型試驗研究[J]. 湯旅軍,陳仁朋,尹鑫晟,孔令剛,黃博,陳云敏.  巖土工程學(xué)報. 2013(10)
[9]泥水盾構(gòu)泥膜形成時開挖面地層孔壓變化規(guī)律研究[J]. 閔凡路,朱偉,魏代偉,夏勝全.  巖土工程學(xué)報. 2013(04)
[10]盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定極限理論研究[J]. 呂璽琳,王浩然,黃茂松.  巖土工程學(xué)報. 2011(01)

碩士論文
[1]砂卵石地層泥水盾構(gòu)泥漿特性對開挖面穩(wěn)定性影響研究[D]. 葉旭洪.北京交通大學(xué) 2008



本文編號：2960603