岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 2092-2102.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1859

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

盾构开挖面三维曲面体破坏模型 及支护力计算方法研究

黎春林   

  1. 铜陵学院 建筑工程学院,安徽 铜陵 244000
  • 收稿日期:2021-11-04 修回日期:2022-03-02 出版日期:2022-08-11 发布日期:2022-08-17
  • 作者简介:黎春林,男,1971年生,博士,教授,主要从事岩土工程的教学和设计研究工作。
  • 基金资助:
    安徽省自然科学基金(No. 1808085ME162);安徽省高校学科(专业)拔尖人才学术资助项目(No. gxbjZD2022068);铜陵学院2020年度校学术带头人科研项目(No. 2020tlxyxs19)。

Curved solid failure model and calculation method of supporting pressure for shield tunnel excavation face

LI Chun-lin   

  1. Institute of Civil and Architectural Engineering, Tongling University, Tongling, Anhui 244000, China
  • Received:2021-11-04 Revised:2022-03-02 Online:2022-08-11 Published:2022-08-17
  • Supported by:
    This work was supported by the Anhui Provincial Natural Science Foundation (1808085ME162), the Excellent Top Talents Training Program of Anhui Provincial Colleges and Universities (gxbjZD2022068) and the Tongling University Foundation for Leaders of Disciplines in Science, China (2020tlxyxs19).

摘要: 针对盾构隧道施工开挖面极限支护力这一重要课题,提出一种新的半圆台和局部球体的组合曲面体滑动块模型。当前,楔形体极限平衡方法普遍采用估算滑裂面侧面摩擦力作为已知量来列平衡方程求取开挖面支护力,但因滑裂面侧面摩擦力影响因素很多,很难估算准确。利用曲面体模型的对称性,在求解开挖面支护力时,避开滑裂面摩擦力的估算,提高了计算精度。并进一步对隧道拱顶以上的半圆台曲面模型进行了受力分析,考虑了主应力偏转引起的侧压力系数变化,推导了滑裂面为空间曲面时土拱效应下土中竖向应力的解析解。最后通过算例分析验证了推荐模型的合理性。结果表明,推荐模型简单、有效且有实用价值,可广泛应用于隧道施工开挖面前方土体的稳定性分析。

关键词: 盾构隧道, 土拱效应, 开挖面稳定, 支护力, 曲面体

Abstract: A new three-dimensional curved solid failure model by combining semi-circular platform and partial sphere was proposed to calculate limit support force of shield tunnel excavation face. At present, wedge-shaped models were generally used to calculate the supporting force of excavation face by using limit equilibrium method, in which the lateral friction force of sliding face was estimated as a known quantity. However, it is difficult to estimate the lateral friction force accurately because the lateral friction force of sliding surface is affected by many factors. In this paper, the symmetry of the curved solid model was used to solve the support force of the excavation face, and the calculation accuracy was improved by avoiding the estimation of the lateral friction force of the sliding surface. Furthermore, the force acting on the semi-circular platform model above the tunnel vault was analyzed given consideration to the variation of the lateral pressure coefficient caused by the principal stress deflection, and the analytical solution of the vertical stress in the soil was derived considering soil arching effect when the sliding surface is a spatial curved surface. Then the rationality of the proposed model was verified through examples analysis. Examples analysis show that the proposed model is simple, effective and practical. It can be widely used in the stability analysis for shield tunnel excavation face.

Key words: shield tunnel, soil arching effect, excavation face stability, supporting pressure, curved solid

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