地铁隧道盾构下穿富水粉土层时地层及管片变形规律

杜强

中铁十二局集团第二工程有限公司，太原 030032

盾构法以其安全、快速、可适应复杂地层等优点已经成为城市隧道施工的主流工法，盾构机掘进过程中极易遇到复杂地层、不良地质条件的情况。富水砂质粉土层地下水位高、含水量高、强度低，且地层敏感、降水沉降大、施工引起的变形大［1-4］。盾构穿越富水粉土层容易造成地基沉降，增加施工困难，采用泥水平衡盾构机进行水下掘进施工时盾构姿态较难控制，穿越过程中易出现涌水喷浆事故［5-10］。

随着盾构法理论与实践的发展，不少学者对隧道盾构引发的地层损失进行了深入研究。Peck［11］基于大量的盾构机掘进过程中产生的地面沉降数据提出了地表沉降槽曲线符合高斯分布。随着计算机技术的高速发展以及有限元理论的日渐成熟，国内外学者通过运用大型有限元分析软件建立隧道数值计算模型，通过综合考虑隧道埋深、水位高度、注浆压力、掌子面平衡压力、千斤顶推力等影响因素来探究地表沉降和围岩稳定性的变化规律，并用于预测和检验隧道施工对地层扰动情况。朱合华等［12］根据隧道盾构施工阶段、注浆材料等特性建立了有限元分析模型，模拟数据与大阪地铁七号线施工过程实测数据吻合良好。王敏强等［13］运用三维有限元非线性分析，提出了刚度迁移法来模拟盾构机掘进过程，认为盾构机掘进过程即盾构刚度和载荷的迁移过程。刘云雪等［14］采用修正剑桥模型和考虑小应变的本构模型对隧道盾构开挖过程进行数值模拟，发现小应变本构模型可以较好地反映施工质量对地层损失的影响。……