断层破碎带海底盾构隧道管片纵向沉降解析解及应用

摘要

断层破碎带地层隧道沉降控制是海底盾构隧道建设的关键问题之一,隧道的不均匀沉降诱发管片环缝张开、错台、螺栓应力增大乃至接缝渗漏水等现象,严重影响隧道结构稳定和运营安全。针对断层破碎带地层海底盾构隧道纵向沉降问题,分析隧道穿越断层破碎带地层全过程,提出了归一化上覆荷载理论公式。通过泰勒级数公式将复杂上覆荷载在5%误差内简化为多段三次多项式函数,结合Timoshenko梁理论推导建立了海底盾构隧道管片纵向沉降及内力系列解析解。最后结合工程实例对理论模型进行了验证。研究表明:断层破碎带内隧道的沉降曲线表现为激增段、缓增段和骤减段。断层破碎带倾角越大,断层破碎带与正常围岩界面附近不均匀沉降越大,断层破碎带对延伸侧1倍破碎带宽度范围内隧道的沉降影响较大;随着断层破碎带宽度的增加,断层破碎带范围内隧道的沉降峰值逐渐增大并趋于稳定,当断层破碎带宽度超过6倍洞径时,隧道的沉降峰值基本保持不变。研究结果可为断层破碎带海底盾构隧道纵向沉降计算和性能评估提供依据。