考虑主应力轴偏转的深埋盾构隧道开挖面主动极限支护压力计算方法

摘要

盾构隧道开挖通常引起土体的非均匀沉降,呈现出越远离开挖面沉降越小的规律。非均匀沉降引起土体之间产生剪切应力,使得土体主应力轴发生偏转,土体应力状态也随之发生变化。基于前期室内砂土模型试验结果,采用理论推导和数值模拟的方法,研究主应力轴偏转对深埋隧道主动极限支护压力的影响。首先采用理论推导的方法,分析开挖面局部失稳和整体失稳时,土拱效应对极限支护压力的影响;然后结合传统太沙基松动土压力公式,推导了开挖面局部失稳极限支护压力的一般性通解;进一步考虑开挖面变形过程中前方土体主应力旋转,推导深埋盾构隧道开挖面整体失稳主动极限支护压力计算公式。随着埋深越大,极限支护压力逐渐增大;当埋深比大于3时,极限支护压力趋于平缓。开挖面极限支护压力随着内摩擦角的增大而减小,相反,随着黏聚力的增大而增大。楔形体倾角和棱柱体高度均对极限支护压力有显著影响。