盾构隧道开挖面稳定渗流场与应力场耦合分析
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表 １ 计 算 材料 参 数
材料 密度 ／ 弹性模 泊松 比 内摩擦 粘聚力 ／ 层辱 ｆ
人 工 填土 淤 泥 质 土
全 压力 的确 定 也类似 ， 也应 比极 限支护 压 力小 许 多 ， 如
何 合理 选 取其 安全 系数 ， 要考 虑 施工 的许 多 因素 ， 需 但
志或 以塑 性流 或屈服 应力 状态 作为 失稳标 志 『； １ ］
２ 以广 义 塑性 应变 或 者等 效塑 性 应变 发 生整 体性 ） 的贯通破 坏作 为 失稳标 志 ［ ； １ 。 ］ ３ 以开挖 面 中心 点水 平位 移达 到 一 定数 值 时作 为 ）
失稳依 据 ｎ 。
式 中 ：ｘｋ、 别 为 Ｘ Ｙ Ｚ方 向 的渗 透 系 数 ； ｋ， ｋ 分 、、 ｈ
单位 ： ｍ
图 １ 渗 流 分 析 模型
开挖 前 隧道孔 隙压 力为 静水 压 力 ，水压 力场 与深 度成 正 比 。力学边 界条件 为 固 定左右 边 界 以及 沿 隧道 轴 向 的前 后 边界 和底 部边 界 ； 始应 力 为 自重应 力 ， 初 侧 向应 力乘 以相应 的侧 压 力系 数 。管 片材 料 为强 度 等级 Ｃ ０弹性钢 筋混 凝土 ， ５ 厚度 为 Ｏ ３ ， 料 参数见 表 １ ． ５ｍ 材 。
与 开挖 面 变形 以及 应 力 的 关 系， 隙水 压 力 的逐 渐 消散 导 致 土体 中发 生 沉 降 。 孔
通 过 孔 隙水压 力的存 在对 盾 构 隧道 开挖 面 的塑 性状 态 、 力 、 移及 其 大 小的影 应 位
响比较发现： 渗流场与应 力场的耦合对隧道开挖 面稳定产生很不利影响， 是不可
岩 体 渗流 与 应力 弹 塑性 全 耦合 分 析 。 隧道 开挖 面 的研
究 中， ｉｒ ｅ Ｃ ａ ｂ ｎ ａ ｄ Ｊ ａ — ｒ ｎ ｏ ｓ Ｃ ｒ ｅ 利 Ｐ ｅ ｒ ｈ ｍ ｏ ｎ ｅ ｎ Ｆ ａ ｃ ｉ ｏ ｔ ［ 用 离 心试 验 测得 不考 虑 地 下水 作 用 下均 匀土 体 的极 限 支 护 压 力 ； ． ｎ ｇ ｏ ｔ ｕ ａ ｄ Ｋ Ｋ ｖ ｒ ［研 究 了土 压 Ｇ Ａ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ ． ｏ ａ ｉ５ 平 衡 盾 构 渗 流 时 均 匀 土 体 开 挖 面 稳 定 性 ； ｅ ａ ｄ Ｌ ｅ ｎ Ｓ ｏ — ｏ ［进 行 了考 虑 渗 流 时均 匀 土 体 稳 定 的 极 限平 ｅ ｋ Ｗ ｏ６ 衡 解 析 分 析 ，分 析 结 果 与 离 心 试 验 结 果 相 吻 合 ；． ｗ Ｂ ｏ ｒ ［ 用 楔 形 体研 究 了没 有考 虑 地 下 水 作用 分 层 ｒ ｅ ｅ７ 利
有考 虑 地下 水作 用 下利 用 模 型试 验研 究 了影 响 土压 平 衡盾 构 施工 顶进 推 力 的 因素 ，在此 基 础 上推 导 了盾 构 千斤 顶顶 进推 力 的计算 公式 。 在 众 多研 究 中 ，对 于 分层 土盾 构 隧 道开 挖面 稳 定 性 的渗 流场 与应 力 场 的耦 合分 析 甚少 。本 文 利用 有 限 差分 数 值方 法对 分 层土 盾 构 隧道 开挖 面渗 流场 与应 力 场 的耦 合进 行 了分 析 ，确 定开 挖面 支 护压 力在 进 行微 小变 化 时 ， 中心 点水平 位 移 发生 突变 时的支 护压 力 为
．
考虑 到 地层 条件 的复杂 及 开挖 面位 置 土层 的不确 性， 对分析 地层 进行 简化 ， 渗流 分析模 型见 图 ｌ 对 于有 。
１５ ８０
Ｏ
．
６
０ ４ ．２
１ ８
６Ｏ ．
地 下水 作用 下 ， 体 建模 与 力学 建模 并 行完 成 。首 先 ， 流
执 行渗 流分 析 ，将 各节 点 的孔 隙水 压 力和 总 水头 存储
１１运 动 方 程 ．
渗透 介质 的达 西定 律为 ：
＝（ ｉ ｊ・ （） １
土 极 限支 护 压力 ； 正 荣等 ［ 研 究 了浅 埋砂 土 中盾 构 黄 ８
法 隧道 开 挖 面极 限支 护 压 力及 稳 定研 究 ，提 出复 杂地
式 中： ｖ为单 位 面 积 通 过 的流 量 ； 渗 透 系数 ； ｋ为 ｉ
力与 地 下水 和开 挖 面变 形 的关 系 ；探 讨 了渗 流力 的存 在对 盾构 隧道 开挖 面 的应 力 、 移状 态及 大 小的影 响 。 位
在 渗 流场 和 应 力场 耦 合 的模 型 中 ， 陈平 等 分析
裂 隙岩体 渗流 与应 力 的耦合 ； 媛等 ［ 王 ３ 分析 了复杂 裂 隙
本 文根 据稳 定 性理 论 的基 本 原理 ，把 由于开 挖 面
支 护压 力 的微 小变 化 导致 开挖 面 中心 点 水平位 移 突 变 时 的支 护 压力 定为 极 限支 护压 力 。这 样 的 失稳概 念 在 简单 的压 杆失 稳 中表现 得很 清 楚 ， 压杆 在 轴 向受 压 时 ， 由于其 不 可避 免 的初 始缺 陷 ，如 杆件 不 直 、载荷 偏 心 等 ， 发 生 弯 曲， 会 但弯 曲 比较 小 ， 到 轴 向受压 载 荷 接 直 近 欧拉 临界载 荷 时 ，微 小 的轴 向受 压载 荷 的增 加 才导 致弯 曲挠 度 的急剧增 加 。 在压 杆 设计 时 ，其 许可 轴 向载 荷远 远 小 于欧 拉 临 界 载荷 ， 安全 系 数 （ 常 为 ４ ） 大 于 不会 发 生 失 其 通 ～８ 远 稳 时 的杆 件 安全系 数 （ 一般 ＜２ 。对 隧道开 挖面 支护 安 ）
护压 力 的微 小 变化 导 致 开挖 面 中心 点水 平位 移 突 变时 的 支护压 力定 为极 限 支护 压 力。考虑渗流场时， 隧道开挖 面失稳 的极 限支护压力等 于作用于开挖 面的有
效 支护压 力 和渗 透 力的 总和 。流 固耦 合 数值 模 拟分 析 了地 下水 作 用下 支护压 力
淤 泥 质 粉 土 粉 土 管 片
１５ ９０ １０ ９０
６
．
Ｏ Ｏ３ ．５
Ｏ ３ ．１ Ｏ １ ．７
１ ８
２ ４
Ｏ８ ．
饱和 土体 稳定渗 流基 本方 程 为：
天 建 科 Ｉ７ 津 设 技 ２
市政公用建设 ｛ ｎｃ ａ ｎ ｕ ｌ ｏ ｓｒｃｉｎ 垂 Ｍｕ ｉｐ ｌ ｄＰ ｂｉ Ｃ ｎ ｔ ｔ ｉ ａ ｃ ｕ ｏ
２ ２ ０ ０ ． １Ｎ５
０
（ Ｏ ） ｋ ｈ
＋ ） （ ） （ （ ＋ Ｊ ＝ ２ 等 壹（ ０ ） 差
题 （ 坏 问题 ） 范畴 ， 破 的 这种 分 析 方 法 常用 于 工 程 中确
式 中： ｒ 为应 力 增 量 ； Ａｏ ｉ Ａｐ为孔 隙水 压 力增 量 ； 为 Ｋ ｏ ｅ ｈ ｒ因 子 ； ｉ为给 定 函数 ； 乳 为 总应 变 ｒｎ ｃｅ Ｈ』 △
增量 。
２ 开挖面渗流场与应 力场耦 合建模
水
定极 限支 护 压 力 ， 然 不是 失 稳 的概 念 ， 虽 但数 值 保 守 ，
在工程 计 算 中有 很好 的适 用 价值 ；以开 挖面 中心 点水
平位 移 达 到 一 定数 值 时 （ 设 为 １ ， 设 为 ２ｍ 是 近 有 有 ｍ ） 年来 许 多学术 研 究采 用 的失 稳判 据 ，其 实 只是 变 形大 小 的问题 ， 不是失稳 的概念且位移大小 的设定 比较任意 。
合 理确 定 其失 稳 临界 支护 压力 ，无论 在 理论 上还 是 对
工程 应用 ， 都有重 要 的意义 。
２３模 型 建 立 ．
ｍ １５ ． ７５ ．
（ｇ ｍ ） ｋ ・ 量 ／ Ｐ Ｍａ 角 ／。） ｋａ （ Ｐ １３ ７０ ２ ２ Ｏ ３ ．７ ２ ８ １． ２Ｏ
质 如土 体 参数 和 地下 水 会对 隧道 开挖 面 的稳 定 产 生较 大 影 响 ； 纲 ＿。 没有 考 虑 渗 流 作 用 下利 用 梯 形 楔 形 魏 １在 。 体 极 限平 衡 研 究 隧 道 开挖 面 稳 定 性 ； 合 华 等 口在 没 朱
为水 头梯度 。
１２连续性 方程 ．
２ １工 程 概 况 ．
选择 具有代 表性 的某盾 构隧 道 区间 ， 隧道 内径 ５ ４ ． ｍ 采 用 土 压平 衡 式 盾 构 机掘 进 施 工 ， ， 隧道 衬 砌 采 用 直 径 ６ 的预制 钢筋 混土 管 片 。土层 为 分层 土 ， 土厚 度 ｍ 覆
１ ， 下水位 在地 面 以下 ５ ， ５ 地 ｍ 隧道 位 置见 图 ｌ ｍ 。
忽视 的重要 因素 。
关键词： 开挖 面； 稳定； 渗流场； 应力场； 耦合； 盾构 ； 隧道
地 下水 作用 下 成层 土 盾 构 隧道 开挖 面 稳 定性 成 为 该领 域 的重 要课 题 。盾 构 施 工 时开 挖面 渗 流场 与 应力 场 的耦合 作 用是 极其 复 杂 的 ，地 层变 形 的主要 原 因在
（， ，） Ｘ Ｙ Ｚ 为某 点的水 头 。
１３本 构 方 程 。
体 积应 变 的改变 引起流 体孔 隙压 力 的变化 ，反过
来 ， 隙压力 的变化 也会 导致 体积应 变 的发 生 。孔隙介 孔 质 本构 方程 的增量 形式 为 ：
ＡｏｊＯ ６ ＝ （ ， ｒ ｌ △ｐ 乩 』△亭 ） ＋ 』 （） ３
控 制 应 该保 证不 至 于过 低 发 生开 挖面 坍 塌 ， 同时 又不 能过 大而 发 生 隆起破 坏 ， 因此 目前 开挖 面 支护 压 力研 究 中很大 部分研 究侧重 于开挖 面极 限支 护压 力的确 定 。
极 限支 护压 力 。利 用流 固耦合 数值 模 拟 分析 了支 护压
于掌 子面 推 进 力 的控 制 是 否 与其 土 压力 保 持平 衡 。如
推 进 力过 大 形成 反 向土 压 力 ， 地表 隆起 ； 土压 力 过 小 若 又 会 造成 地 表沉 降过 大 ； 因此 ， 挖 面 的稳 定对 盾 构 隧 开
道 施 工过 程 具有 十 分重 要 的作 用 。开挖 面支 护 压 力 的
１流 固耦ห้องสมุดไป่ตู้分析控制方程
在 求解孔 隙水 压力 的差分 方程 中引入 应 力分 析 的 变形 结 果 ，将 不 同的 时步 交替 分配 给 程序 作渗 流 分析
和应 力分 析 ， 从而 反映渗 流场 与应 力场 的耦合 关系 。求
得渗 流 场 内各 点 的孔 隙压 力值 后 ，再 根据 有 效应 力 原 理计 算渗 流域 各单 元 的有效应 力 。
２１ ０ ０２Ｎ． ５
Ｍｕ ｉｉ ｌ ｎ ｂｉ ｏ ｓ ｒ ｃｉｎ ｎ ｃｐａ ｄ Ｐｕ ｌ Ｃ ｎ ｔｕ ｔ ａ ｃ ｏ
市政 公 用 建 设
盾 构 隧道 开挖 面 稳定渗 流场 与 应 力场 耦合 分析
口 文 ／张 树 建 乔 金 丽 刘 波
摘
要 ： 下水作 用 下 成层 土盾 构 隧道 开挖 面稳 定 性 成 为该领 域 的重要 课题 。文章 利 用 地 有 限差 分数 值 方 法对 盾 构 隧 道开挖 面 渗 流场 与应 力场 的耦 合 进 行 了分析 ， 讨 探 了渗 流力对 开 挖 面稳 定 的 影 响 。根 据 稳 定 性 理论 的基 本原 理 ， 由于开 挖 面 支 把
计算 时 ， 和位 移 的 不收 敛有 各种 原 因 ， 力 如计 算 方 法本 身 的 问题 等 ，把 它作 为 失稳 标 志在 物理 概 念上 有
点牵 强 ；进入 屈 服状 态或 局 部塑 性 流只 是局 部 塑性 变 形， 不一 定失 稳 ； 生 整 体 的塑 性 贯 通 ， 于 有 强化 的 发 对 塑 性模 型 ， 它显 然还 有 继续 承载 的能力 ， 于 理想 塑性 对 或 理想 刚 塑性 ， 塑性 极 限分 析类似 ， 际上 是 强度 问 和 实
材料 密度 ／ 弹性模 泊松 比 内摩擦 粘聚力 ／ 层辱 ｆ
人 工 填土 淤 泥 质 土
全 压力 的确 定 也类似 ， 也应 比极 限支护 压 力小 许 多 ， 如
何 合理 选 取其 安全 系数 ， 要考 虑 施工 的许 多 因素 ， 需 但
志或 以塑 性流 或屈服 应力 状态 作为 失稳标 志 『； １ ］
２ 以广 义 塑性 应变 或 者等 效塑 性 应变 发 生整 体性 ） 的贯通破 坏作 为 失稳标 志 ［ ； １ 。 ］ ３ 以开挖 面 中心 点水 平位 移达 到 一 定数 值 时作 为 ）
失稳依 据 ｎ 。
式 中 ：ｘｋ、 别 为 Ｘ Ｙ Ｚ方 向 的渗 透 系 数 ； ｋ， ｋ 分 、、 ｈ
单位 ： ｍ
图 １ 渗 流 分 析 模型
开挖 前 隧道孔 隙压 力为 静水 压 力 ，水压 力场 与深 度成 正 比 。力学边 界条件 为 固 定左右 边 界 以及 沿 隧道 轴 向 的前 后 边界 和底 部边 界 ； 始应 力 为 自重应 力 ， 初 侧 向应 力乘 以相应 的侧 压 力系 数 。管 片材 料 为强 度 等级 Ｃ ０弹性钢 筋混 凝土 ， ５ 厚度 为 Ｏ ３ ， 料 参数见 表 １ ． ５ｍ 材 。
与 开挖 面 变形 以及 应 力 的 关 系， 隙水 压 力 的逐 渐 消散 导 致 土体 中发 生 沉 降 。 孔
通 过 孔 隙水压 力的存 在对 盾 构 隧道 开挖 面 的塑 性状 态 、 力 、 移及 其 大 小的影 应 位
响比较发现： 渗流场与应 力场的耦合对隧道开挖 面稳定产生很不利影响， 是不可
岩 体 渗流 与 应力 弹 塑性 全 耦合 分 析 。 隧道 开挖 面 的研
究 中， ｉｒ ｅ Ｃ ａ ｂ ｎ ａ ｄ Ｊ ａ — ｒ ｎ ｏ ｓ Ｃ ｒ ｅ 利 Ｐ ｅ ｒ ｈ ｍ ｏ ｎ ｅ ｎ Ｆ ａ ｃ ｉ ｏ ｔ ［ 用 离 心试 验 测得 不考 虑 地 下水 作 用 下均 匀土 体 的极 限 支 护 压 力 ； ． ｎ ｇ ｏ ｔ ｕ ａ ｄ Ｋ Ｋ ｖ ｒ ［研 究 了土 压 Ｇ Ａ ａ ｎ ｓ ｏ ｎ ． ｏ ａ ｉ５ 平 衡 盾 构 渗 流 时 均 匀 土 体 开 挖 面 稳 定 性 ； ｅ ａ ｄ Ｌ ｅ ｎ Ｓ ｏ — ｏ ［进 行 了考 虑 渗 流 时均 匀 土 体 稳 定 的 极 限平 ｅ ｋ Ｗ ｏ６ 衡 解 析 分 析 ，分 析 结 果 与 离 心 试 验 结 果 相 吻 合 ；． ｗ Ｂ ｏ ｒ ［ 用 楔 形 体研 究 了没 有考 虑 地 下 水 作用 分 层 ｒ ｅ ｅ７ 利
有考 虑 地下 水作 用 下利 用 模 型试 验研 究 了影 响 土压 平 衡盾 构 施工 顶进 推 力 的 因素 ，在此 基 础 上推 导 了盾 构 千斤 顶顶 进推 力 的计算 公式 。 在 众 多研 究 中 ，对 于 分层 土盾 构 隧 道开 挖面 稳 定 性 的渗 流场 与应 力 场 的耦 合分 析 甚少 。本 文 利用 有 限 差分 数 值方 法对 分 层土 盾 构 隧道 开挖 面渗 流场 与应 力 场 的耦 合进 行 了分 析 ，确 定开 挖面 支 护压 力在 进 行微 小变 化 时 ， 中心 点水平 位 移 发生 突变 时的支 护压 力 为
．
考虑 到 地层 条件 的复杂 及 开挖 面位 置 土层 的不确 性， 对分析 地层 进行 简化 ， 渗流 分析模 型见 图 ｌ 对 于有 。
１５ ８０
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６
０ ４ ．２
１ ８
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地 下水 作用 下 ， 体 建模 与 力学 建模 并 行完 成 。首 先 ， 流
执 行渗 流分 析 ，将 各节 点 的孔 隙水 压 力和 总 水头 存储
１１运 动 方 程 ．
渗透 介质 的达 西定 律为 ：
＝（ ｉ ｊ・ （） １
土 极 限支 护 压力 ； 正 荣等 ［ 研 究 了浅 埋砂 土 中盾 构 黄 ８
法 隧道 开 挖 面极 限支 护 压 力及 稳 定研 究 ，提 出复 杂地
式 中： ｖ为单 位 面 积 通 过 的流 量 ； 渗 透 系数 ； ｋ为 ｉ
力与 地 下水 和开 挖 面变 形 的关 系 ；探 讨 了渗 流力 的存 在对 盾构 隧道 开挖 面 的应 力 、 移状 态及 大 小的影 响 。 位
在 渗 流场 和 应 力场 耦 合 的模 型 中 ， 陈平 等 分析
裂 隙岩体 渗流 与应 力 的耦合 ； 媛等 ［ 王 ３ 分析 了复杂 裂 隙
本 文根 据稳 定 性理 论 的基 本 原理 ，把 由于开 挖 面
支 护压 力 的微 小变 化 导致 开挖 面 中心 点 水平位 移 突 变 时 的支 护 压力 定为 极 限支 护压 力 。这 样 的 失稳概 念 在 简单 的压 杆失 稳 中表现 得很 清 楚 ， 压杆 在 轴 向受 压 时 ， 由于其 不 可避 免 的初 始缺 陷 ，如 杆件 不 直 、载荷 偏 心 等 ， 发 生 弯 曲， 会 但弯 曲 比较 小 ， 到 轴 向受压 载 荷 接 直 近 欧拉 临界载 荷 时 ，微 小 的轴 向受 压载 荷 的增 加 才导 致弯 曲挠 度 的急剧增 加 。 在压 杆 设计 时 ，其 许可 轴 向载 荷远 远 小 于欧 拉 临 界 载荷 ， 安全 系 数 （ 常 为 ４ ） 大 于 不会 发 生 失 其 通 ～８ 远 稳 时 的杆 件 安全系 数 （ 一般 ＜２ 。对 隧道开 挖面 支护 安 ）
护压 力 的微 小 变化 导 致 开挖 面 中心 点水 平位 移 突 变时 的 支护压 力定 为极 限 支护 压 力。考虑渗流场时， 隧道开挖 面失稳 的极 限支护压力等 于作用于开挖 面的有
效 支护压 力 和渗 透 力的 总和 。流 固耦 合 数值 模 拟分 析 了地 下水 作 用下 支护压 力
淤 泥 质 粉 土 粉 土 管 片
１５ ９０ １０ ９０
６
．
Ｏ Ｏ３ ．５
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１ ８
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市政公用建设 ｛ ｎｃ ａ ｎ ｕ ｌ ｏ ｓｒｃｉｎ 垂 Ｍｕ ｉｐ ｌ ｄＰ ｂｉ Ｃ ｎ ｔ ｔ ｉ ａ ｃ ｕ ｏ
２ ２ ０ ０ ． １Ｎ５
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（ Ｏ ） ｋ ｈ
＋ ） （ ） （ （ ＋ Ｊ ＝ ２ 等 壹（ ０ ） 差
题 （ 坏 问题 ） 范畴 ， 破 的 这种 分 析 方 法 常用 于 工 程 中确
式 中： ｒ 为应 力 增 量 ； Ａｏ ｉ Ａｐ为孔 隙水 压 力增 量 ； 为 Ｋ ｏ ｅ ｈ ｒ因 子 ； ｉ为给 定 函数 ； 乳 为 总应 变 ｒｎ ｃｅ Ｈ』 △
增量 。
２ 开挖面渗流场与应 力场耦 合建模
水
定极 限支 护 压 力 ， 然 不是 失 稳 的概 念 ， 虽 但数 值 保 守 ，
在工程 计 算 中有 很好 的适 用 价值 ；以开 挖面 中心 点水
平位 移 达 到 一 定数 值 时 （ 设 为 １ ， 设 为 ２ｍ 是 近 有 有 ｍ ） 年来 许 多学术 研 究采 用 的失 稳判 据 ，其 实 只是 变 形大 小 的问题 ， 不是失稳 的概念且位移大小 的设定 比较任意 。
合 理确 定 其失 稳 临界 支护 压力 ，无论 在 理论 上还 是 对
工程 应用 ， 都有重 要 的意义 。
２３模 型 建 立 ．
ｍ １５ ． ７５ ．
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质 如土 体 参数 和 地下 水 会对 隧道 开挖 面 的稳 定 产 生较 大 影 响 ； 纲 ＿。 没有 考 虑 渗 流 作 用 下利 用 梯 形 楔 形 魏 １在 。 体 极 限平 衡 研 究 隧 道 开挖 面 稳 定 性 ； 合 华 等 口在 没 朱
为水 头梯度 。
１２连续性 方程 ．
２ １工 程 概 况 ．
选择 具有代 表性 的某盾 构隧 道 区间 ， 隧道 内径 ５ ４ ． ｍ 采 用 土 压平 衡 式 盾 构 机掘 进 施 工 ， ， 隧道 衬 砌 采 用 直 径 ６ 的预制 钢筋 混土 管 片 。土层 为 分层 土 ， 土厚 度 ｍ 覆
１ ， 下水位 在地 面 以下 ５ ， ５ 地 ｍ 隧道 位 置见 图 ｌ ｍ 。
忽视 的重要 因素 。
关键词： 开挖 面； 稳定； 渗流场； 应力场； 耦合； 盾构 ； 隧道
地 下水 作用 下 成层 土 盾 构 隧道 开挖 面 稳 定性 成 为 该领 域 的重 要课 题 。盾 构 施 工 时开 挖面 渗 流场 与 应力 场 的耦合 作 用是 极其 复 杂 的 ，地 层变 形 的主要 原 因在
（， ，） Ｘ Ｙ Ｚ 为某 点的水 头 。
１３本 构 方 程 。
体 积应 变 的改变 引起流 体孔 隙压 力 的变化 ，反过
来 ， 隙压力 的变化 也会 导致 体积应 变 的发 生 。孔隙介 孔 质 本构 方程 的增量 形式 为 ：
ＡｏｊＯ ６ ＝ （ ， ｒ ｌ △ｐ 乩 』△亭 ） ＋ 』 （） ３
控 制 应 该保 证不 至 于过 低 发 生开 挖面 坍 塌 ， 同时 又不 能过 大而 发 生 隆起破 坏 ， 因此 目前 开挖 面 支护 压 力研 究 中很大 部分研 究侧重 于开挖 面极 限支 护压 力的确 定 。
极 限支 护压 力 。利 用流 固耦合 数值 模 拟 分析 了支 护压
于掌 子面 推 进 力 的控 制 是 否 与其 土 压力 保 持平 衡 。如
推 进 力过 大 形成 反 向土 压 力 ， 地表 隆起 ； 土压 力 过 小 若 又 会 造成 地 表沉 降过 大 ； 因此 ， 挖 面 的稳 定对 盾 构 隧 开
道 施 工过 程 具有 十 分重 要 的作 用 。开挖 面支 护 压 力 的
１流 固耦ห้องสมุดไป่ตู้分析控制方程
在 求解孔 隙水 压力 的差分 方程 中引入 应 力分 析 的 变形 结 果 ，将 不 同的 时步 交替 分配 给 程序 作渗 流 分析
和应 力分 析 ， 从而 反映渗 流场 与应 力场 的耦合 关系 。求
得渗 流 场 内各 点 的孔 隙压 力值 后 ，再 根据 有 效应 力 原 理计 算渗 流域 各单 元 的有效应 力 。
２１ ０ ０２Ｎ． ５
Ｍｕ ｉｉ ｌ ｎ ｂｉ ｏ ｓ ｒ ｃｉｎ ｎ ｃｐａ ｄ Ｐｕ ｌ Ｃ ｎ ｔｕ ｔ ａ ｃ ｏ
市政 公 用 建 设
盾 构 隧道 开挖 面 稳定渗 流场 与 应 力场 耦合 分析
口 文 ／张 树 建 乔 金 丽 刘 波
摘
要 ： 下水作 用 下 成层 土盾 构 隧道 开挖 面稳 定 性 成 为该领 域 的重要 课题 。文章 利 用 地 有 限差 分数 值 方 法对 盾 构 隧 道开挖 面 渗 流场 与应 力场 的耦 合 进 行 了分析 ， 讨 探 了渗 流力对 开 挖 面稳 定 的 影 响 。根 据 稳 定 性 理论 的基 本原 理 ， 由于开 挖 面 支 把
计算 时 ， 和位 移 的 不收 敛有 各种 原 因 ， 力 如计 算 方 法本 身 的 问题 等 ，把 它作 为 失稳 标 志在 物理 概 念上 有
点牵 强 ；进入 屈 服状 态或 局 部塑 性 流只 是局 部 塑性 变 形， 不一 定失 稳 ； 生 整 体 的塑 性 贯 通 ， 于 有 强化 的 发 对 塑 性模 型 ， 它显 然还 有 继续 承载 的能力 ， 于 理想 塑性 对 或 理想 刚 塑性 ， 塑性 极 限分 析类似 ， 际上 是 强度 问 和 实