李遠(yuǎn)帆 王媛 任杰 董琪 陳龍 王志奎

摘 要：泥水盾構(gòu)隧道施工中的地層滲透壓力是設(shè)定開(kāi)挖倉(cāng)泥水壓力等施工參數(shù)的主要依據(jù)之一。為提高地層滲透壓力計(jì)算的準(zhǔn)確性，開(kāi)展泥水盾構(gòu)隧道地層滲透壓力的確定方法及規(guī)律研究。考慮土體開(kāi)挖、泥水支護(hù)、壁后注漿等施工因素，建立模擬泥水盾構(gòu)施工動(dòng)態(tài)過(guò)程的三維流固耦合模型，分析盾構(gòu)掘進(jìn)和同步注漿等施工作業(yè)以及地層情況對(duì)地層滲透壓力的擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)程度，基于此提出泥水盾構(gòu)隧道地層滲透壓力的修正公式。結(jié)果表明：當(dāng)注漿壓力為２００～５００ ｋＰａ 時(shí)，盾構(gòu)施工對(duì)地層滲透壓力的最遠(yuǎn)影響范圍為距離開(kāi)挖面前方４．５ 環(huán)處；在相同注漿壓力下，對(duì)巖層滲透壓力的擾動(dòng)范圍最大，砂土層次之，黏土層最小；采用修正公式得出的地層滲透壓力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致，驗(yàn)證了修正公式的合理性。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；地層滲透壓力；注漿壓力；流固耦合；過(guò)江隧道工程

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｕ４５５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．０２３

引用格式：李遠(yuǎn)帆，王媛，任杰，等．泥水盾構(gòu)隧道地層滲透壓力的確定及規(guī)律研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（５）：１３８－１４４．

０ 引言

盾構(gòu)隧道施工法具有對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小、自動(dòng)化程度高、施工快速、施工風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，是目前建造隧道的主要工法之一。在施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖倉(cāng)泥水壓力主要根據(jù)地層滲透壓力設(shè)定。當(dāng)?shù)貙訚B透壓力計(jì)算值比實(shí)際值偏大時(shí)，導(dǎo)致開(kāi)挖倉(cāng)泥水壓力過(guò)高，可能造成地面隆起；當(dāng)?shù)貙訚B透壓力計(jì)算值比實(shí)際值偏小時(shí)，導(dǎo)致開(kāi)挖倉(cāng)泥水壓力過(guò)低，使地面沉降過(guò)大，甚至發(fā)生開(kāi)挖面失穩(wěn)等事故，威脅工程安全［１－２］ 。

目前，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過(guò)程中的地層滲透壓力難以通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和探測(cè)手段獲取，其確定方法主要有工程施工經(jīng)驗(yàn)和理論分析兩種。在工程施工經(jīng)驗(yàn)方法中，一般按靜水壓力計(jì)算地層滲透壓力［３］ 。在理論分析方法中，Ｚｈｏｎｇ 等［４］ 假設(shè)地表有足夠的地下水補(bǔ)給，得到隧道地層滲透壓力分布理論解；Ｐｅｒａｚｚｅｌｌｉ 等［５］ 通過(guò)數(shù)值模擬開(kāi)挖面前方水頭分布，提出了開(kāi)挖面正前方和隧道上方的水頭分布擬合公式。在實(shí)際盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過(guò)程中，一方面，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)以及同步注漿等施工作業(yè)會(huì)對(duì)地層土體產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而對(duì)地層滲透壓力的大小及分布有較大影響［６－１１］ ；另一方面，隧道穿越的地層復(fù)雜多樣，各地層滲透性差異較大，在泥水平衡盾構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)各地層滲透壓力造成的擾動(dòng)程度不同［１２－１５］ ?，F(xiàn)有對(duì)盾體所受地層滲透壓力擬合的計(jì)算公式缺少對(duì)以上盾構(gòu)施工作業(yè)造成影響的考慮，同時(shí)缺乏考慮不同注漿壓力在不同地層中對(duì)滲透壓力的縱向擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)程度的分析研究。

本文針對(duì)南京和燕路過(guò)江隧道建立模擬泥水盾構(gòu)施工動(dòng)態(tài)過(guò)程的三維流固耦合模型，對(duì)地層滲透壓力受盾構(gòu)施工作業(yè)的擾動(dòng)情況進(jìn)行全面分析，明晰注漿壓力對(duì)滲透壓力的擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)程度，提出泥水盾構(gòu)隧道地層滲透壓力的修正公式，以期對(duì)泥水盾構(gòu)隧道地層滲透壓力的確定提供理論參考。