›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (11): 3193-3200.doi: 10.16285/j.rsm.2015.11.021

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

软土地层TBM开挖面支护压力计算模型及可视化

张子新1, 2，张 帆1, 2   

  1. 1. 同济大学 地下建筑与工程系，上海，200092；2. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221116
  • 收稿日期:2015-07-15 出版日期:2015-11-11 发布日期:2018-06-14
  • 作者简介:张子新，男，1966年生，博士，教授、博士生导师，主要从事隧道及地下工程、非连续岩体力学方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:

    国家973基础研究发展计划资助项目（No.2014CB046905）；国家自然科学基金资助项目（No. 41372276）；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目（No. SKLGDUEK1303）。

Visualization and calculation models for TBM face support pressure in soft ground

ZHANG Zi-xin1, 2, ZHANG Fan1, 2   

  1. 1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China
  • Received:2015-07-15 Online:2015-11-11 Published:2018-06-14
  • Supported by:

    Project supported by the National Basic Research Program of China (973 Program) (Grant No.2014CB046905), the National Science Foundation of China (Grant No.41372276) and the State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering (Grant No.SKLGDUEK1303).

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1556

摘要： 隧道掘进机（TBM）近年来在世界范围内得到了广泛应用，通常通过完全充满压力仓的泥土或泥浆来支护开挖面。但在较差的地层和水力条件下，开挖面失稳时有发生。事实上，TBM开挖面的支护压力的大小直接决定了施工安全及地表变形。基于所建立的开挖面支护压力计算模型，并考虑复合地层下土体分层带来的影响，通过计算机编程方法，建立了界面友好、使用便捷的开挖面支护压力可视化计算平台(TBM Studio)；并结合阿拉斯加隧道、钱江隧道工程实例进行了不同模型结果的验证分析，给出了各模型计算结果的差异性；讨论了软土复合地层条件下，土体自稳性对开挖面稳定的影响，认为软土地层中定量确定有效支护压力和水头高度至关重要，研究为正确评价TBM开挖面稳定性提供了相应的计算模型。

关键词: TBM, 开挖面支护压力, 可视化, 复合地层

Abstract: The tunnel boring machine (TBM) tunnelling has been successfully applied worldwide in recent years, and TBMs provide continuous support to the tunnel face by using the freshly-excavated wet soil or slurry which completely fills up the work chamber under pressure. Under extremely unfavorable geological and hydrogeological conditions, however, face instabilities may occur. In fact, the excavation face support pressure for TBM in soft ground determines the construction safety and surface deformation. A visual platform for calculating the excavation face support pressure conveniently, TBM Studio, is constructed by computer programming based on the suggested models. In this visual platform, the influence of stratified soils can be considered. Furthermore, a comparison of the results of Alaskan way tunnel and Qianjiang tunnel by different calculation models is done, the differences between different models are revealed. In addition, the effects of the stratified soil layers’ self-stability on excavation face stability in complex strata are also discussed, demonstrating that it is crucial for determining quantitatively the relationships between the effective support pressure required and the hydraulic head in the soft ground.

Key words: TBM, excavation face support pressure, visualization, complex strata

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[1] 刘庆彬, 潘懋, 刘洁, 郭艳军, 张小双, 姚健鹏, 李芳玉, . 基于ParaView的Abaqus有限元输出结果的 可视化与虚拟现实[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4916-4924.
[2] 刘鹤, 刘泉声, 唐旭海, 罗慈友, 万文恺, 陈磊, 潘玉丛, . TBM护盾−围岩相互作用荷载识别方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4946-4954.
[3] 彭祖昭，封 坤，肖明清，何 川，蒋 超，陈怀伟，. 基于压力拱理论的水下隧道合理覆岩厚度研究[J]. , 2018, 39(7): 2609-2616.
[4] 翟淑芳，周小平，毕 靖, . TBM滚刀破岩的广义粒子动力学数值模拟[J]. , 2018, 39(7): 2699-2707.
[5] 刘泉声，赵怡凡，张晓平，孔晓璇. 灰岩隧道掘进机隧道点荷载试验评价岩石强度方法的研究与探讨[J]. , 2018, 39(3): 977-984.
[6] 吴圣智，王明年，于 丽，刘大刚，黄群伟, . TBM隧道回填层-管片受力特征模型试验研究[J]. , 2018, 39(11): 3976-3982.
[7] 陈卫忠，马池帅，田洪铭，杨建平,. TBM隧道施工期岩爆预测方法探讨[J]. , 2017, 38(S2): 241-249.
[8] 蒋 毅，魏思宇，尚彦军，高 强，李严严,. 深部复合地层力学性质研究[J]. , 2017, 38(S2): 266-272.
[9] 马池帅，陈卫忠，田洪铭，杨建平,. 基于TBM掘进参数的岩石强度估算方法探讨[J]. , 2017, 38(S2): 295-303.
[10] 刘京铄，曹 平，范金星，张春阳，汪文萍，刘 斌，. 不同双向侧压作用下TBM滚刀侵入破岩特征及效率研究[J]. , 2017, 38(6): 1541-1549.
[11] 黄 兴，刘泉声，彭星新，雷广峰，魏 莱,. 引大济湟工程TBM挤压大变形卡机计算分析与综合防控[J]. , 2017, 38(10): 2962-2972.
[12] 冀佩琦，张晓平，张 旗, . 延脆性变化对隧道掘进机刀具破岩过程及其破坏模式影响的颗粒元模拟分析[J]. , 2016, 37(S2): 724-734.
[13] 刘泉声，潘玉丛，孔晓璇，刘建平，时 凯，崔先泽，黄诗冰,. TBM滚刀贯入过程中泥岩破坏特征试验研究[J]. , 2016, 37(S1): 166-174.
[14] 程建龙，杨圣奇，李学华，潘玉丛，赵维生，田文岭,. 位移释放率对双护盾TBM护盾压力的影响研究[J]. , 2016, 37(5): 1399-1407.
[15] 谭 青 ，易念恩 ，夏毅敏 ，朱 逸 ，张旭辉 ，林赉贶 , . 全断面岩石掘进机滚刀最优刀间距计算公式研究[J]. , 2016, 37(3): 883-892.
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[1] 刘小文，常立君，胡小荣. 非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3302 -3306 .
[2] 黄建华，宋二祥. 大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究[J]. , 2009, 30(11): 3372 -3378 .
[3] 王观石，李长洪，陈保君，李世海. 应力波在非线性结构面介质中的传播规律[J]. , 2009, 30(12): 3747 -3752 .
[4] 王朝阳，许 强，倪万魁. 原状黄土CT试验中应力-应变关系的研究[J]. , 2010, 31(2): 387 -391 .
[5] 万少石，年廷凯，蒋景彩，栾茂田. 边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论[J]. , 2010, 31(7): 2283 -2288 .
[6] 徐维生，柴军瑞，陈兴周，孙旭曙. 岩体裂隙网络非线性非立方渗流研究与应用[J]. , 2009, 30(S1): 53 -57 .
[7] 赵尚毅，郑颖人，李安洪，邱文平，唐晓松，徐 俊. 多排埋入式抗滑桩在武隆县政府滑坡中的应用[J]. , 2009, 30(S1): 160 -164 .
[8] 赵跃堂，林家炜，石 磊. 冲击荷载作用下层裂问题研究[J]. , 2011, 32(S2): 122 -126 .
[9] 王国粹，杨 敏. 砂土中水平受荷桩非线性分析[J]. , 2011, 32(S2): 261 -267 .
[10] 袁敬强 ，陈卫忠 ，谭贤君 ，王 辉. 软弱地层注浆的细观力学模拟研究[J]. , 2011, 32(S2): 653 -659 .
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