考慮縱坡的隧道掌子面穩定性上限有限元分析

李少庭

(中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津市 300222)

1 引言

隧道掌子面穩定性是工程中非常關注的問題，文獻調研發現，從理論分析或數值計算方面對此已開展不少工作。例如：楊峰、孫雁軍、陽軍生等分別以構建破壞模式、應用剛體平動運動單元和自適應上限有限元方法，研究了淺埋隧道掌子面穩定性問題；呂璽琳和黃茂松等采用極限分析上限法和極限平衡法，研究了盾構開挖面極限支護壓力；王金麒等考慮掌子面旋轉破壞模式，依據村山公式對數螺旋線假定及上限原理，分析了隧道掌子面極限支護壓力；周森等構造了隧道雙向開挖工作面剛體滑塊體系破壞模式，獲得隧道工作面臨界支護反力變化規律。

上述研究將隧道掌子面簡化為二維平面問題。按三維空間問題考慮，趙明華等開展了基于筒倉理論極限平衡法的上硬下軟地層盾構隧道開挖面極限支護力分析；張明聚等按三維楔體模型和太沙基松動壓力的解法進行了砂土地層深埋盾構隧道開挖面穩定性分析；劉文潔等應用“楔形體-棱柱體”極限平衡模型，分析了各向異性地基中盾構隧道開挖面穩定性和極限支護壓力；凌同華等應用三維有限差分軟件模擬隧道開挖過程，求解了開挖面極限支護壓力。

現有的隧道掌子面穩定性分析均假定線路為平坡形式。實際上，工程中大量隧道設置不同程度的縱坡，有些縱坡坡度較大，如上海人民路越江隧道最大縱坡為5.9%，瑞士洛桑地鐵2號線部分區段最大坡度達17.7%。……