基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

摘要

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键.为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性.基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式.结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50％时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升;2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50％时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定;3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角Φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75％后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近.