胡威東， 周子揚(yáng)， 封 坤， *， 鄧朝輝， 劉議文

(1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430063； 2. 水下隧道技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心， 湖北 武漢 430063； 3. 西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610031)

0 引言

近年來(lái)，盾構(gòu)法在水下隧道與城市軌道交通建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)盾構(gòu)在水下復(fù)雜地層施工時(shí)，刀盤(pán)刀具因被磨損而常需檢修或更換，停機(jī)進(jìn)艙作業(yè)在所難免。

當(dāng)前，盾構(gòu)施工換刀的方式往往根據(jù)地層條件選擇： 1)在自穩(wěn)能力較強(qiáng)的圍巖環(huán)境中換刀時(shí)，一般采用常壓直接開(kāi)艙的方式。2)當(dāng)處于軟巖或富水地層時(shí)，一般會(huì)考慮3種方案： ①地層經(jīng)過(guò)排水加固后在常壓條件下敞開(kāi)換刀；②從開(kāi)挖面前方打豎井到刀盤(pán)前換刀；③利用壓入空氣穩(wěn)定開(kāi)挖面，工人在帶壓環(huán)境中進(jìn)艙換刀[1-2]。帶壓進(jìn)艙換刀由于適用范圍較廣，已在隧道工程中有了較多的應(yīng)用。如： 程明亮等[3]通過(guò)北京地鐵帶壓換刀施工實(shí)踐，在最大工作氣壓0.28 MPa下成功帶壓動(dòng)火焊接換刀；武漢長(zhǎng)江隧道施工中首次在0.45 MPa高壓下帶壓作業(yè)；南京揚(yáng)子江隧道應(yīng)用飽和氣體帶壓換刀，在0.63 MPa氣壓條件下共進(jìn)行240次換刀作業(yè)，更換刀具300余把[4-5]；南京地鐵3號(hào)線穿越玄武湖區(qū)間隧道，成功采用水泥砂漿護(hù)壁技術(shù)在上軟下硬地層保壓換刀[6]；王住剛等[7]解決了西安地鐵土壓平衡盾構(gòu)在富水密實(shí)性砂層中帶壓換刀的問(wèn)題；段浩等[8]針對(duì)成都地鐵1號(hào)線擬換刀位置進(jìn)行分析，確定以富水砂卵石地層為主的換刀位置以及對(duì)應(yīng)的換刀方案。

過(guò)高的氣壓環(huán)境會(huì)導(dǎo)致施工人員的有效工作時(shí)間降低，甚至損害工人健康，而過(guò)低的壓力則會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面失穩(wěn)。所以，因地制宜地選擇帶壓換刀位置，并設(shè)置合理的氣壓是整個(gè)帶壓換刀施工的關(guān)鍵。針對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定性判斷，蘇文德等[2]針對(duì)廈門(mén)軌道交通2號(hào)線跨海隧道，分別采用經(jīng)驗(yàn)公式與改進(jìn)楔形體模型的數(shù)值計(jì)算法計(jì)算最小帶壓進(jìn)艙壓力值，并對(duì)比實(shí)際測(cè)試氣壓大小，選取優(yōu)化的計(jì)算方法；Taylor[9]在提出有限元強(qiáng)度折減法和超載法原理后，鄭穎人等[10-11]、李欣[12]結(jié)合相關(guān)理論，采用數(shù)值計(jì)算方法解決了大量巖土工程問(wèn)題，推動(dòng)了極限平衡法在巖土工程等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用；王林等[13]采用數(shù)值模擬與理論相結(jié)合的方法，揭示了隧道開(kāi)挖面擠出破壞的局部失穩(wěn)模式，并基于極限分析方法提出了一種考慮局部失穩(wěn)模式的隧道開(kāi)挖面擠出破壞新機(jī)制；宋洋等[14]通過(guò)模型試驗(yàn)與理論分析，建立了適用于砂-礫復(fù)合地層的盾構(gòu)隧道開(kāi)挖面極限支護(hù)力計(jì)算模型；張亞洲等[15]采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料和數(shù)值模擬結(jié)果分析相結(jié)合的方法，探明揚(yáng)州瘦西湖隧道泥水盾構(gòu)在膨脹性黏土地層停機(jī)時(shí)開(kāi)挖面失穩(wěn)和地面塌陷的特性；呂璽琳等[16]基于村山氏極限平衡法和極限分析上限法，研究了盾構(gòu)隧道開(kāi)挖面穩(wěn)定性，并推導(dǎo)出維持開(kāi)挖面穩(wěn)定的最小極限支護(hù)壓力計(jì)算公式。

總的來(lái)看，現(xiàn)階段對(duì)于盾構(gòu)開(kāi)艙換刀一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定施工中的相關(guān)參數(shù)，并沒(méi)有形成普適性的計(jì)算理論。對(duì)于地質(zhì)復(fù)雜或破碎的地層無(wú)法準(zhǔn)確判斷氣壓平衡大小，導(dǎo)致開(kāi)艙失敗以至于不得不重新尋找合適的換刀位置，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度；而對(duì)于合理?yè)Q刀位置的判斷，相關(guān)研究較少，無(wú)法在施工前預(yù)判適合帶壓換刀的區(qū)段。鑒于此，本文依托佛莞城際鐵路獅子洋隧道工程，對(duì)水下不同地層條件進(jìn)行開(kāi)挖面穩(wěn)定性計(jì)算分析，提出選取適合盾構(gòu)帶壓換刀作業(yè)斷面的判別方法，并針對(duì)依托工程給出合理?yè)Q刀位置選擇的建議。

1 開(kāi)挖面穩(wěn)定性計(jì)算分析

1.1 依托工程概況

佛莞城際鐵路獅子洋隧道穿越地段地形為珠江兩岸的平坦開(kāi)闊地帶，隧道全長(zhǎng)6 150 m，盾構(gòu)段長(zhǎng)4 900 m。隧道上覆第四系土層，其中岸邊段第四系土層以淤泥層和砂層為主，水下段以淤泥層、砂層及細(xì)圓礫土為主，下伏基巖以泥質(zhì)砂巖、砂巖和泥巖為主。隧道穿越的地層主要為淤泥地層、砂層和圓礫土、W2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖以及W3強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。獅子洋隧道穿越地層縱斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 獅子洋隧道穿越地層縱斷面圖

場(chǎng)區(qū)地表水主要為珠江獅子洋及兩岸小河涌，工程所處區(qū)域雨量充沛，河網(wǎng)發(fā)育，為地下水的滲入補(bǔ)給提供了充足的水源，地下水位在1～5 m。

獅子洋隧道采用單洞雙線布置，隧道內(nèi)徑12 m、外徑13.1 m，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)寬2.0 m，分塊方式采用6+2+1，封頂塊楔形量為30 mm。盾構(gòu)采用“匠心號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)，盾殼0.14 m，襯砌結(jié)構(gòu)采用C50高性能耐腐蝕混凝土，混凝土抗?jié)B等級(jí)P12。襯砌結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。襯砌與盾殼計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 襯砌結(jié)構(gòu)示意圖

表1 襯砌與盾殼計(jì)算參數(shù)

1.2 數(shù)值模型建立

采用FLAC3D有限元軟件進(jìn)行建模，模型采用實(shí)體六面體單元，服從Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，對(duì)初始模型底面、左右邊界及前后邊界施加法向位移約束。

初始計(jì)算模型如圖3所示。初始覆土高度為5 m，大致為盾構(gòu)端頭處的覆土高度，設(shè)置初始水壓力，水位高度與模型上頂面齊平。圍巖根據(jù)獅子洋隧道所穿越的W2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、W3強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、圓礫土及淤泥4種不同地層環(huán)境分別設(shè)置。

設(shè)置初始計(jì)算模型后，開(kāi)始設(shè)置隧道開(kāi)挖步驟，保留8 m襯砌完成拼裝模型，同時(shí)模型前端6 m保留盾殼結(jié)構(gòu)，后端原盾殼部分用圍巖材料回填填充(本計(jì)算不考慮注漿回填的影響)，此時(shí)停止隧道開(kāi)挖，模擬盾構(gòu)停機(jī)時(shí)的狀態(tài)，如圖4所示。

在停機(jī)模型的基礎(chǔ)上，于模型上界面以面力的方式施加均布荷載，以模擬隧道埋深增大后上覆土層帶來(lái)的影響，同時(shí)，在開(kāi)挖面施加抵抗位移變形的面力。盾構(gòu)帶壓工作環(huán)境為高壓環(huán)境，超過(guò)一定界限將對(duì)人體機(jī)能產(chǎn)生不良影響，根據(jù)CJJ 217—2014《盾構(gòu)法開(kāi)倉(cāng)及氣壓作業(yè)技術(shù)規(guī)范》[17]以及國(guó)外相關(guān)規(guī)范，帶壓進(jìn)艙的氣壓大小一般不超過(guò)0.36 MPa[18]。在停機(jī)平衡計(jì)算時(shí)，設(shè)置0.36 MPa垂直開(kāi)挖面向圍巖內(nèi)的表面荷載，模擬帶壓進(jìn)艙最大氣壓條件?？紤]到盾構(gòu)刀盤(pán)的骨架支撐作用，盾構(gòu)開(kāi)口率設(shè)置為39%。據(jù)此，計(jì)算時(shí)在開(kāi)挖面施加61%的縱向不平衡力反力。

圖3 初始計(jì)算模型(單位: m)

圖4 停機(jī)模型

1.3 數(shù)值計(jì)算流程

結(jié)合有限元數(shù)值計(jì)算軟件特征以及Mohr-Coulomb本構(gòu)模型的特點(diǎn)，計(jì)算以模型不收斂或者位移增量突變時(shí)即判斷開(kāi)挖面失穩(wěn)。計(jì)算流程如下：

1)設(shè)置模型圍巖材料，施加開(kāi)挖面荷載以及上表面荷載(初始為0)。

2)分別提取開(kāi)挖面中間點(diǎn)(x=0，y=0)、上側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(x=0，y=5)、右側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(x=5，y=0)及下側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(x=0，y=-5)處位移，計(jì)算每次位移變化斜率Ki。測(cè)點(diǎn)位置示意圖如圖5(a)所示。

3)肖明清[19]提出的數(shù)值計(jì)算中可作為極限狀態(tài)的判斷條件如下： ①有限元計(jì)算迭代求解不收斂[20];②有限元計(jì)算位移出現(xiàn)突變[20];③超過(guò)極限剪應(yīng)變的圍巖深度達(dá)到一定范圍;④受拉破壞區(qū)深度超過(guò)一定范圍。本文將計(jì)算出現(xiàn)不收斂情況以及開(kāi)挖面位移突變視為達(dá)到極限平衡(當(dāng)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中斜率增長(zhǎng)λi=Ki+1/Ki大于2時(shí),認(rèn)為此時(shí)位移增長(zhǎng)迅速，視為位移突變[14]，見(jiàn)圖5(b))。

(a) 測(cè)點(diǎn)位置示意圖

Δx為上覆荷載增量; Δyi為第i區(qū)間內(nèi)位移增量; Δyi+1為第i+1區(qū)間內(nèi)位移增量; Ki為第i位置斜率; Ki+1為第i+1位置斜率。

4)根據(jù)位移變化斜率及計(jì)算收斂情況判斷開(kāi)挖面是否失穩(wěn)。若開(kāi)挖面處于平衡狀態(tài)，增大上覆荷載重復(fù)第2)步驟計(jì)算；若開(kāi)挖面失穩(wěn)，則此時(shí)上覆荷載大小即為失穩(wěn)臨界荷載。

5)對(duì)隧道區(qū)段采用全土柱理論計(jì)算隧道上部大致上覆荷載，對(duì)比對(duì)應(yīng)地層臨界荷載大小，判斷是否適合帶壓換刀。

數(shù)值計(jì)算流程圖如圖6所示。

圖6 數(shù)值計(jì)算流程圖

按照上述計(jì)算方法，為探究不同地層圍巖環(huán)境對(duì)帶壓開(kāi)艙施工的影響，選取獅子洋隧道施工過(guò)程中洞身穿越的4種典型圍巖進(jìn)行試算，計(jì)算時(shí)按照如表2所示的土體性質(zhì)參數(shù)取值，得到不同圍巖環(huán)境下逐級(jí)增大上覆荷載時(shí)開(kāi)挖面位移變化情況。

表2 獅子洋隧道土體性質(zhì)參數(shù)

1.4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

1.4.1 圓礫土地層

圓礫土地層開(kāi)挖面位移與上覆荷載關(guān)系如圖7所示。在圍巖環(huán)境為圓礫土地層時(shí)，當(dāng)上覆荷載較小，開(kāi)挖面上部位移有向內(nèi)擠壓的趨勢(shì)，開(kāi)挖面下部向外擠出。當(dāng)上覆荷載持續(xù)增大至0.3 MPa時(shí)，λi的值為5.60，可以判斷此時(shí)開(kāi)挖面發(fā)生失穩(wěn)。在上覆荷載作用下，開(kāi)挖面位移較大，下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大位移接近45 mm。當(dāng)上覆荷載持續(xù)增大至0.45 MPa后，計(jì)算已無(wú)法正常收斂，后續(xù)計(jì)算失效。

1.4.2 中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層

中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層開(kāi)挖面位移與上覆荷載關(guān)系如圖8所示。中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層巖性較好，上覆荷載較小時(shí)開(kāi)挖面位移穩(wěn)定，在開(kāi)挖面荷載推動(dòng)下，開(kāi)挖面向內(nèi)輕微變形；當(dāng)上覆荷載超過(guò)0.3 MPa時(shí)，開(kāi)挖面有向外擠出變形的趨勢(shì)，且隨著上覆荷載的持續(xù)增大，當(dāng)上覆荷載增大到0.9 MPa時(shí)，最大擠出位移達(dá)到1.48 mm，λi的值為2.28，可以判斷在此荷載作用下開(kāi)挖面發(fā)生失穩(wěn)。

1.4.3 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層開(kāi)挖面位移與上覆荷載關(guān)系如圖9所示。當(dāng)上覆荷載較小時(shí)，開(kāi)挖面產(chǎn)生較大的向內(nèi)擠壓變形，在實(shí)際施工中可采取減小艙壓或者采用常壓換刀的方式，避免淺埋時(shí)帶壓換刀風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)壓力增加到0.56 MPa時(shí)，λi的值為2.804，此時(shí)發(fā)生位移突變，開(kāi)挖面失穩(wěn)。

圖7 圓礫土地層開(kāi)挖面位移與上覆荷載關(guān)系

圖8 中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層開(kāi)挖面位移與上覆荷載關(guān)系

圖9 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層開(kāi)挖面位移與上覆荷載關(guān)系

1.4.4 淤泥地層

對(duì)于淤泥地層，在不施加上覆荷載的條件下，開(kāi)挖面位移隨著計(jì)算步的增加而持續(xù)增大，數(shù)值計(jì)算無(wú)法收斂。開(kāi)挖面上端受垂直開(kāi)挖面荷載的影響向內(nèi)側(cè)位移，下部向外擠出，開(kāi)挖面位移示意圖如圖10所示。由此可見(jiàn)，對(duì)于淤泥地層而言，由于地層支撐能力較差，開(kāi)艙作業(yè)極易發(fā)生地層流動(dòng)，導(dǎo)致地面塌陷等問(wèn)題，故不適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)。

圖10 淤泥地層開(kāi)挖面位移示意圖(單位: m)

1.5 合理?yè)Q刀區(qū)間判斷

根據(jù)上述數(shù)值計(jì)算結(jié)果，基于全土柱理論計(jì)算隧道全線大致上覆荷載大小，結(jié)合隧道穿越地層圍巖環(huán)境，將上覆荷載大小與數(shù)值計(jì)算得到的最大荷載進(jìn)行對(duì)比，初步判斷隧道區(qū)段是否適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)。

最大覆土厚度計(jì)算方法如下：

1)地下區(qū)段： ①對(duì)于淤泥地層，根據(jù)前文所述，隧道穿越此地層不適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)。②對(duì)于圓礫土地層，上覆地層主要為素填土、淤泥和圓礫土層，考慮最不利工況，采用礫砂天然重度(上覆地層中最大天然重度)計(jì)算上覆荷載。③對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層與中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層，按上覆地層中重度最大地層進(jìn)行考慮。④對(duì)于復(fù)合地層，出于對(duì)安全性的考慮，將開(kāi)挖斷面視為更弱的地層。

2)水下區(qū)段： ⑤地層重度采用浮重度，計(jì)算方法與地下區(qū)段相同。⑥同時(shí)考慮水壓力。水壓力

σw=αγwhw。

(1)

式中：α為土的滲透系數(shù)確定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；γw為水的容重；hw為水位距刀盤(pán)頂部距離。

安全性考慮計(jì)算時(shí)α的值取為1，海水按照水的重度10 kN/m3計(jì)算。即隧道上部覆土高度

(2)

式中hi為上覆各地層厚度(計(jì)算時(shí)加上初始覆土高度5 m)。

⑦求解最大上覆土厚度

(3)

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，圓礫土地層最大上覆荷載為0.3 MPa，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層最大上覆荷載為0.56 MPa，中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層最大上覆荷載為0.9 MPa，可計(jì)算出地下區(qū)段最大上覆厚度對(duì)應(yīng)為20.46、29.89、40.86 m，水下區(qū)段最大上覆厚度對(duì)應(yīng)為10.50、21.10、32.04 m。

結(jié)合獅子洋隧道實(shí)際地層情況，將隧道劃分為穿越淤泥層區(qū)、圓礫土地層區(qū)、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖區(qū)以及中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖區(qū)。對(duì)不同區(qū)段按照準(zhǔn)許最大上覆土厚度為界限劃分，當(dāng)隧道埋深小于此界限時(shí)視為安全，即適合帶壓進(jìn)艙換刀作業(yè)。將隧道全線大致劃分出可以進(jìn)行帶壓換刀操作的區(qū)間，如圖11所示的紅色區(qū)域。實(shí)際施工時(shí)可按初步確定的適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)的斷面區(qū)間為參考，規(guī)劃帶壓進(jìn)艙作業(yè)位置。

圖11 隧道全線適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)斷面示意圖

2 實(shí)際工程帶壓換刀分析

獅子洋隧道施工過(guò)程中在掘進(jìn)至第375環(huán)時(shí)進(jìn)行了為期7 d的帶壓進(jìn)艙換刀作業(yè)。第375環(huán)斷面地質(zhì)剖面圖如圖12所示，此處隧道埋深32.09 m，隧道主體穿越中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層，地下水位在4.56 m。上部覆土以淤泥及砂性土層為主，滲透性強(qiáng)。地表由上至下的地層分別為： 1.5 m素填土層、4.92 m淤泥層、3.18 m中砂層、1.04 m淤泥層、0.99 m礫砂層、7.34 m淤泥層、3.36 m圓礫層、3.38 m強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖以及隧道上部2.38 m的中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

圖12 第375環(huán)斷面地質(zhì)剖面圖(單位： m)

2.1 施工中換刀方案

實(shí)際施工時(shí)采用基于極限平衡法的楔形體模型計(jì)算帶壓進(jìn)艙的最小支護(hù)壓力，指導(dǎo)換刀時(shí)的氣壓設(shè)置。根據(jù)改進(jìn)后的楔形滑塊[2,21]進(jìn)行力學(xué)分析，實(shí)際工程中根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，并考慮施工余量，最終確定開(kāi)挖面的最小支護(hù)壓力為0.3 MPa。帶壓進(jìn)艙施工時(shí)的具體情況見(jiàn)表3。

當(dāng)艙壓設(shè)置為0.3 MPa時(shí)，隧道刀盤(pán)切口位置無(wú)滲漏現(xiàn)象發(fā)生，此時(shí)開(kāi)挖面位移較小，無(wú)明顯變化，可以基本判斷此時(shí)開(kāi)挖面處于穩(wěn)定狀態(tài)，且0.3 MPa氣壓不是最小支護(hù)壓力。開(kāi)艙作業(yè)第3天開(kāi)始，逐天減小切口壓力，從0.28 MPa降至0.24 MPa，開(kāi)挖面變形隨著氣壓減小逐漸明顯，且此時(shí)開(kāi)挖面開(kāi)始發(fā)生滲漏現(xiàn)象，換刀位置積水，當(dāng)氣壓降至0.24 MPa時(shí)滲漏現(xiàn)象更明顯。調(diào)整壓力為0.25 MPa時(shí)，在進(jìn)艙過(guò)程中液位有所上升，配合排水措施可完成進(jìn)艙任務(wù)，故判斷0.25 MPa為第375環(huán)斷面位置施工最小氣壓。

2.2 數(shù)值方法判斷最小氣壓

根據(jù)獅子洋隧道第375環(huán)實(shí)際地層條件，采用全土柱理論計(jì)算此斷面下的上覆荷載大小，全土柱理論計(jì)算公式為

(4)

式中：γi為各地層重度；i為對(duì)應(yīng)的地層編號(hào)；n為上覆地層數(shù)。

表3 獅子洋隧道第375環(huán)帶壓進(jìn)艙施工情況

結(jié)合如表2所示的地層參數(shù)計(jì)算得到上覆荷載為506.7 kPa。隧道穿越中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層采用第2節(jié)描述的數(shù)值模型，設(shè)置上覆荷載為506.7 kPa，開(kāi)挖面荷載從0.36 MPa逐級(jí)減小，監(jiān)測(cè)模型開(kāi)挖面位移變化。開(kāi)挖面位移與開(kāi)挖面荷載間的關(guān)系如圖13(a)所示。

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)開(kāi)挖面設(shè)置荷載減小至0.22 MPa時(shí)，λi的值為3.48，開(kāi)挖面荷載低于0.22 MPa后位移增長(zhǎng)速度過(guò)快，此時(shí)開(kāi)挖面可視為失穩(wěn)。如圖13(b)所示，開(kāi)挖面下部發(fā)生失穩(wěn)，此時(shí)最大位移可達(dá)10 mm左右。相對(duì)于改進(jìn)后的楔形體滑塊模型計(jì)算得到的最小支護(hù)力0.3 MPa，以及實(shí)際施工采用的最小支護(hù)力0.25 MPa，數(shù)值計(jì)算所求的最小支護(hù)力偏小。當(dāng)然，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)出于對(duì)安全性的考慮，此時(shí)的氣壓艙艙壓并不是開(kāi)挖面處于極限狀態(tài)下的最小壓力。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本文依托獅子洋隧道工程，采用數(shù)值計(jì)算與實(shí)際施工對(duì)比分析的方法，對(duì)隧道帶壓進(jìn)艙可行性進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

1)結(jié)合實(shí)際施工實(shí)例證明，本文提出采用數(shù)值模擬的方法求解最大上覆荷載后，對(duì)比斷面上覆荷載大小，選取適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)斷面的方法是可行的。

2)根據(jù)獅子洋隧道施工中穿越的圓礫土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖以及中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖3種地層，計(jì)算出地下區(qū)段最大上覆厚度對(duì)應(yīng)為20.46、29.89、40.86 m，水下區(qū)段最大上覆厚度對(duì)應(yīng)為10.50、21.10、32.04 m，淤泥地層不適合進(jìn)艙作業(yè)。最后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果給出適合帶壓進(jìn)艙作業(yè)的參考區(qū)間。

3)以實(shí)際施工時(shí)隧道第375環(huán)位置帶壓進(jìn)艙換刀為實(shí)例，理論計(jì)算方法所得最小支護(hù)壓力偏大，數(shù)值計(jì)算方法所得最小支護(hù)壓力偏小，但更接近實(shí)際極限情況。

3.2 建議

1)對(duì)隧道全區(qū)段合理帶壓進(jìn)艙作業(yè)斷面的判別傾向于安全，可作為施工階段規(guī)劃停機(jī)位置的參考。

2)施工時(shí)如需在判別為不適合帶壓進(jìn)艙的作業(yè)區(qū)段停機(jī)進(jìn)艙，可根據(jù)實(shí)際斷面狀況進(jìn)行試算，并針對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果適當(dāng)提高氣壓艙艙壓，以達(dá)到進(jìn)艙的目的。