滲流作用下復合地層盾構隧道施工開挖面穩定性及控制研究

王清平

身份證號：4101051993＊＊＊＊0035 湖南 長沙 410000

前言：盾構法作為一種隧道開挖施工方式，其對于城市正常運行擾動較小，因此在城市地下

一、滲流作用概述

在認識滲流作用前，首先我們需要了解何為滲流？所謂滲流具體指的是在相應介質中，流體在其中的縫隙進行流動的過程。上述這些介質組成比較復雜，一般都由塊狀或顆粒狀等材料組成，并且在這些材料之間，還含有許多孔隙或者裂隙。一般情況下，對于地表面以下的土壤或巖層而言，其作為一種介質，若發生滲流作用，我們一般將其稱之為地下水運動，這是在自然界之中，我們經常見到的滲流現象。滲流作用在盾構施工領域也有較為重要的影響，地下水的滲流作用產生的滲透力會改變開挖面土體的有效應力，從而改變滑動面上的滑動力，導致隧道開挖面失穩，地下水和隧道圍巖的相互作用會顯著降低圍巖的穩定性和強度，地下水侵入和滲出會引起隧道滲漏，嚴重影響盾構開挖安全性，因此有必要對滲流作用下基于不同地層的盾構施工開挖面穩定性及控制進行分析，這對于提升盾構開挖安全穩定性有著重要的意義。

二、滲流作用下基于不同地層的盾構施工開挖面穩定性及控制分析

（一）滲流作用下均質地層盾構施工開挖面穩定性及控制分析

一般盾構在該地層進行開挖時，一般需要注意做好以下幾點穩定性影響因素控制。在這一過程中，可假設盾構的直徑為10m，管片主要是鋼筋混凝土材料，鋼筋型號為C50，厚度在0.5m左右。一是分析埋深因素對開挖面穩定性影響。一般而言，無論埋深深度多少，盾構對于開挖面的的破壞整體規律則表現一致，都是自開挖面開始，逐漸向地表不斷進行擴展，并且一般最大的變形位置，都分布在開挖面的上方。當埋深越淺，破壞范圍通常能夠直接通至地表，當埋深不斷擴大，破壞范圍開始從原本的向上發展，逐漸為向開挖前方聚集，相應土拱效益也愈發明顯。總體而言，埋深越淺，盾構開挖面越穩定，反之，盾構開挖面崩塌的風險也就越高。通過了解這一點，能夠實現對開挖面穩定性更加良好的控制。二是砂土內摩擦角對開挖面穩定性的影響，一般而言，隨著內摩擦角的不斷增大，開挖面的破壞變形也將越小，并且最大變形位置也在逐漸上移，并且土體極限支護力也就越小，相應開挖面也就越來越穩定。三是滲透系數對盾構開挖面穩定性的影響，滲透系數對于土質滲透能力大小有著重要的影響，因此通過研究滲透系數對開挖面失穩破壞與支護力的影響，能夠實現盾構開挖面穩定性更好的控制。一般而言，砂土的滲透系數越大，相應對于開挖面的破壞變形也就越小，并且從變形范圍上來看，也開始從向上貫通轉為水平方向的發展。與此同時，在滲透系數不斷增大的條件之下，開挖面孔隙壓力也會逐漸減小，但開挖面的水平位移會逐漸增大，而對于開挖面失穩破壞臨界點所對應的支護力比值而言，則會逐漸減小。從滲透系數對于開挖支護應力的影響來看，一般支護力比大于0.25時，開挖面的水平位移就會逐漸減少，以下是不同支護系數下開挖面極限支護力的數值，當滲透系數為1e-4m/s時，極限支護力為76kpa;當滲透系數為1e-5m/s時，極限支護力為94kpa;當滲透系數為1e-6m/s時，極限支護力為86kpa;當滲透系數為1e-7m/s時，極限支護力為102kpa。通過了解這一極限支護力，更有助于實現對開挖面的安全穩定性控制。

（二）滲流作用下灰巖地層盾構施工開挖面穩定性及控制分析

針對于該地層的盾構施工開挖面穩定性及控制分析，選擇的參數條件同上文一致。同樣需要分析各種影響因素。一是埋深對于開挖面穩定性的影響，一般而言，在不同埋深下，其對于開挖面穩定性破壞均有著一致的規律，通常都是自開挖面開始，逐漸向地表進行擴展，其中針對于最大變形位置，通常位于開挖面前部的下方，隨著埋深的逐漸增大，在針對開挖面穩定性破壞范圍方面，開始從向上，慢慢轉為向開挖面前方積聚，土拱效益愈發明顯。并且在不同埋深下，開挖面的極限支護力也在隨之發生變化，通過了解這一極限支護力，更有助于進行開挖面穩定性控制。一般而言，當埋設為10m時，極限支護力為45kpa;當埋設為15m時，極限支護力為47kpa;當埋設為20m時，極限支護力為53.2kpa;當埋設為25m時，極限支護力為53.4kpa;當埋設為30m時，極限支護力為53.3kpa。二是灰巖內摩擦角對開挖面穩定性帶來的影響，隨著內摩擦角的不斷增大，開挖面的破壞變形也將越小，并且最大變形位置也在上移，并且土體極限支護力也就越小，相應開挖面也就越來越穩定。三是滲透系數對于開挖面的穩定性影響，一般而言，滲透系數不同，開挖面孔隙壓力也表現為相同的規律，并且從開挖面孔隙壓力值來看，整體區別也并不明顯。伴隨著隨著滲透系數的增大，開挖面水平位移也會逐漸增大，從開挖面破壞范圍來看，其開始從全斷面破壞轉向為部分破壞。滲透系數對于開挖面變形有效較大的影響，當滲透系數越來越大時，開挖面的水平位移開始先減少，然后緩緩呈向逐漸增大的方向發展。針對于最大水平位置，通常是在開挖面中下部2m位置。從滲透系數對于開挖面極限支護力影響來看，當滲透系數為1e-4m/s時，極限支護力為88.95kpa;當滲透系數為1e-5m/s時，極限支護力為83.2kpa;當滲透系數為1e-6m/s時，極限支護力為74.3kpa;當滲透系數為1e-7m/s時，極限支護力為73.1kpa。通過了解這一極限支護力，更有助于實現對開挖面的安全穩定性控制。

總結：綜上所述，在實際開展盾構施工過程中，一旦出現開挖面坍塌問題，不僅會對施工人員生命安全造成嚴重的威脅，還會對整體施工進度造成不利影響，因此在實際施工時，需要充分考慮不同地質的滲流作用對開挖穩定性的影響，從而才能更好的進行開挖面穩定性控制，有效保護開挖面的安全。