张亚峰, 王进尚, 刘应然, 龚剑, 刘玉卫

(1.郑州工程技术学院 土木工程学院,河南 郑州 450044; 2.中原绿色发展研究院,河南 郑州 450044)

随着隧道掘进技术的不断发展,泥水盾构隧道的建设日益增多。其中,在以上海崇明岛隧道[1]和南京长江隧道[2]为代表的大跨径、砂土地层掘进过程中,泥水盾构的优势最为显著。在泥水盾构掘进过程中,泥浆会渗透到隧道开挖面前方的地层,在隧道开挖面形成一层不透水或微透水的泥膜。泥膜不仅能将泥浆压力转化为支护压力,而且还能防止地下水的渗透。因此,可以通过控制泥浆的物理性质和泥浆压力来维持隧道开挖面的稳定性[3]。

国内外许多学者致力于盾构隧道开挖面的稳定性研究,主要研究手段包括理论分析法、模型试验法和数值分析法。极限平衡法[4-7]和极限分析上限法[8-10]等理论计算模型已经被广泛应用于隧道开挖面稳定性的研究中。室内物理模型试验多采用应力控制法或位移控制法来实现隧道开挖面的破坏过程模拟。其中:应力控制法通过气压或水压来代替开挖面支护压力,通过压力变化来实现开挖面主动或被动破坏[11-13];位移控制法则多采用刚性开挖面后移来实现开挖面主动和被动失稳破坏[14-17]。虽然通过位移控制法可以得到开挖面破坏形态和极限支护力,但其无法实现开挖面主动破坏过程,而应力控制法对应开挖面是柔性的,这更符合现场条件。

目前,对隧道开挖面稳定性研究的数值方法主要为有限元法[18]和有限差分法[19]。……