地下连续墙槽壁失稳模式及其稳定性计算方法研究现状

第16卷第7期铁道科学与工程学报Volume16Number7 2019年7月Journal of Railway Science and Engineering July2019 DOI:10.19713/ki.43−1423/u.2019.07.019

地下连续墙槽壁失稳模式及其

稳定性计算方法研究现状

曹豪荣1,2，彭立敏1，雷明锋1,3，唐钱龙1,4

(1.中南大学土木工程学院，湖南长沙410075；

2.湖南大学设计研究院，湖南长沙410082；

3.重载铁路工程结构教育部重点实验室，湖南长沙410075；

4.江西交通职业技术学院，江西南昌330013)

摘要：针对地连墙成槽施作过程中槽壁稳定性问题，开展广泛的文献、资料调研，重点总结分析槽壁失稳破坏模式、稳定性理论分析模型与方法以及相关因素对槽壁稳定性的影响规律等问题的研究现状。结果表明：1)槽壁失稳表现为表层土体的整体失稳以及软弱夹层的局部失稳2类破坏模式；2)因所采用的力学原理以及考虑的影响因素不同，当前既有槽壁稳定性理论分析模型和方法的适用性与计算结果尚存在较大的偏差，相对而言，三维模型的分析计算结果更为可靠、稳定；3)单元槽段开挖长度以及泥浆液面高度是控制槽壁稳定性的关键参数。

关键词：地下连续墙；槽壁；破坏模式；稳定性分析模型；影响因素

中图分类号：U25文献标志码：A文章编号：1672−7029(2019)07−1743−08

Research status of the instability mode and its stability calculation method of

underground diaphragm wall

CAO Haorong1,2,PENG Limin1,LEI Mingfeng1,3,TANG Qianlong1,4

(1.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha410075,China;

2.Hunan University Design Institute Co.,Ltd,Changsha410082,China;

3.Key Laboratory of Engineering Structure of Heavy Haul Railway(Central South University),Changsha410075,China;

4.Jiangxi Transportation Vocational and Technical College,Nanchang330013,China)

Abstract:This paper performs an extensive literature survey on the stabilisation of groove walls during the construction of diaphragm wall panel trenches.The failure modes of groove wall instability,the stability theoretical analysis method,and the influence of related factors on groove wall stabilisation were summarized and analyzed emphatically.The results show that:First,groove wall instability is reflected in two types of failure modes,namely,the overall instability of the surface soil and the local instability of the soft interlayer.Second,the established groove wall stabilisation theoretical analysis models can be divided into the2D models and the3D models.The applicability and calculation results of these models greatly differ because of their different mechanical principles and influencing factors.Specifically,the calculation results of the3D models are more stable

收稿日期：2018−09−24

基金项目：湖南省自然科学基金资助项目(2018JJ3657)；江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ171292)

通信作者：曹豪荣(1986−)，男，湖南安化人，博士研究生，从事隧道与地下工程研究；E−mail：912919340@

铁道科学与工程学报2019年7月1744

and reliable than those of the2D models.Third,the excavation length of one groove section and the slurry level are critical parameters for controlling groove wall stabilisation.

Key words:diaphragm wall;groove wall;failure mode;stability analysis model;influence factors 地连墙是采用挖槽机械，在泥浆护壁的辅助作

用下开挖出深而狭窄的地下沟槽、并进一步浇筑合适的材料而形成的具有隔渗效果、挡土作用及承重功能的连续性的地下墙体[1]，其施工技术起源于欧洲，是由钻进技术中采用泥浆和水下灌注混凝土的方法发展演变而来[2]。1950年，地连墙施工工艺首先于意大利米兰使用，并在20世纪50~60年代逐步推广，在地下工程及深基础工程中已经成为最有效的施工技术之一[3]。其基本工艺主要包括导墙施工、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土和墙段接头处理等。地连墙开挖技术由于其施工振动小、墙体刚度大、整体性好、施工速度快、适应性强等特点，已广泛运用于各类地下工程中。例如，日本已经累计建成了1.5×107m2以上的地连墙，成为此技术最发达的国家之一；当今地连墙的最大挖掘深度已达140m，最薄厚度仅为20cm；1958年水电部门在青岛丹子口水库采用地连墙修建的水坝隔渗墙为此技术在中国的首次运用。近几十年来，随着基础设施建设在城市中大规模发展，中国大部分省份均开始采用这项技术，已累计建成的地下连续墙超过1.4×106m2[3]。按照中国“十三五”发展规划，未来5年，仅城市轨道交通将修建地下连续墙总量超过1.5×107m2[4]，可以看出，地连墙开挖技术仍将具有极大的应用前景。尽管地连墙施工技术发展与应用日益成熟，但其在复杂地质情况下的应用仍存在着较大的缺陷，也缺乏科学规范理论指导，导致实际成槽施工过程中常常出现槽壁失稳破坏等事故[5−13]。经后续分析，导致这些事故的主要原因是护壁泥浆的质量缺陷(如均匀性、比重等)、地下水位变化等。可见，在地下连续墙成槽施工过程中如何设计或控制护壁泥浆质量，了解其护壁作用机理以及相关因素对槽壁稳定性的影响机制至关重要，也直接影响着工程安全。因此，经过大量的文献调研，本文对地连墙的槽壁稳定性进行详尽的综述研究，重点总结地连墙槽壁失稳模式、相应的破坏失稳计算方法以及影响槽壁稳定性的相关因素，为后续研究及工程应用提供一定的参考。1地下连续墙槽壁失稳模式

关于地下连续墙槽壁的失稳模式，绝大多数学者认为其可划分为2种类型：整体失稳模式和局部失稳模式。对于具有一定黏结性的软弱地层，槽壁失稳表现为整体滑移的模式，而对于含无(弱)黏结性的软弱夹层，则主要表现为局部剥落的局部失稳

模式。

(a)整体失稳；(b)局部失稳

图1槽壁失稳破坏模式

Fig.1Failure mode of trench wall

1)整体失稳。大量的事故调查、模型和现场试验表明，槽壁的整体失稳现象通常发生在埋深约5~15m的浅层土或表层的土体中[7,9,14−16]，在导墙下方的土层中，常可观测到土体存在鼓出现象[16]。在地表平面，破坏面在整个槽段长度不断延伸，并呈现出椭圆形或矩形形态[10,13]，如图1(a)所示，当