岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S2): 345-354.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1104

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

富水砂层盾构开挖面支护压力与地层变形关系 离心模型试验研究

罗维平1, 2，袁大军1, 2，金大龙1, 2，陆平1, 2，陈健3，郭海鹏1, 2   

  1. 1. 北京交通大学 城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044；2. 北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044； 3. 中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250014
  • 收稿日期:2021-07-20 修回日期:2022-02-16 出版日期:2022-10-10 发布日期:2022-10-09
  • 作者简介:罗维平，女，1994年生，博士研究生，主要从事盾构隧道施工方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金“高铁联合”基金（No.U1834208）；中央高校基本科研业务费专项资金（No.2020YJS141）

Centrifugal model test on relationship between support pressure of shield tunnel face and ground deformation in water rich sand strata

LUO Wei-ping1, 2, YUAN Da-jun1, 2, JIN Da-long1, 2, LU Ping1, 2, CHEN Jian3, GUO Hai-peng1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Urban Underground Engineering of Ministry of Education, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China, 3. China Railway 14th Bureau Group Co., Ltd., Jinan, Shandong 250014, China
  • Received:2021-07-20 Revised:2022-02-16 Online:2022-10-10 Published:2022-10-09
  • Supported by:
    This work was supported by the Key Project of High-speed Rail Joint Fund of National Natural Science Foundation of China(U1834208) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities(2020YJS141).

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摘要： 为探究富水砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地层变形特征的关系，通过自主研发的离心模型试验系统，依托武汉地铁8号线大盾构越江隧道工程，研究了不同埋深情况下的开挖面支护压力对开挖面稳定及地层变形特征的影响，得到了开挖面支护压力与地表变形之间的关系曲线。研究结果显示：（1）当隧道埋深较浅（＜1.5D，D为盾构直径）时，支护压力对地表变形的大小及扰动范围的影响均随着埋深的增加而减小；当隧道埋深较深（＞1.5D）时，不管支护压力过小还是过大，开挖面支护压力对地层变形的影响很难延伸到地表。（2）当支护压力过大时，对地层的扰动呈现为鱼尾型，主要可分为挤密区、顶隆区、顶沉区以及沉降区，其中地表距离开挖面约1D范围内为沉降区，1D～2D范围内为隆起区。（3）当支护压力过小时，对地层的扰动主要为沉降，影响范围为开挖面前方1D左右，且随着埋深的减小，影响范围会增大。该研究通过离心模型试验得到了不同埋深条件下基于变形控制的支护压力设定范围的建议值，旨在为实际工程中支护压力的控制提供指导。

关键词: 富水砂层, 盾构开挖面, 支护压力, 地层变形, 离心模型试验

Abstract: In this study a centrifugal model test system was developed to explore the relationship between the face support pressure and ground deformation characteristics of shield tunnel in water rich sandy soil. Based on Wuhan Metro Line 8 large shield tunnel project, the influence of face support pressure on the face stability and ground deformation characteristics under different buried depths was investigated. The correlation curve between excavation face support pressure and surface deformation was obtained and the results show that: 1) When the cover of tunnel is shallow (<1.5D, where D is shield diameter), the influence of support pressure on surface deformation decreases with the increase of tunnel depth; when the tunnel is deep (>1.5D), no matter the support pressure is too small or too large, the influence of the excavation face support pressure on the ground deformation is difficult to extend to the surface. 2) When the support pressure is too high, the disturbance to the stratum takes on a “fishtail type”, which can be divided into compaction area, uplift area and settlement area induced by the jacking of excavation face as well as the settlement area. The settlement area is within 1D from the surface to the excavation surface, and the uplift area is within 1D−2D. 3) When the support pressure is too small, the main disturbance to the ground is settlement, and the influence range is about 1D in front of the excavation face. Additionally, the influence range will increase as the buried depth decreases. Based on centrifugal model test, the suggestion value of the range of support pressure premised on deformation control for different buried depths is obtained, which aims to provide guidance for the control of support pressure in practical engineering.

Key words: water rich sand strata, shield tunnel face, support pressure, ground deformation, centrifuge model test

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  • U25
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