2.3 试验研究方法

　　程展林等人[5]通过模型试验,对泥浆盾构施工中泥浆维持开挖面稳定的力学机理,开挖面前缘土体的应力变化规律,泥浆压力作用机理及泥皮形态进行了研究,认为在中粗砂地基中,泥水式盾构挖掘隧道,通过泥浆压力的作用,是可以保持开挖面稳定的,提出了中粗砂地基中临界泥浆压力公式:

　　Pnf=(0.6～0.7)tg2(45°-φ′/2)(σν-u)+u(4)

　　φ′:地基土有效内摩擦角;u:孔隙水压力;σν:

　　为上覆土体竖向应力;(0.6～0.70):反映砂土地基的拱效应。这种方法考虑到了拱效应和孔隙水压对稳定的影响,与国外最简单的泥浆压力按地下水所产生的静水压力再加上20kPa来确定临界压力的方法相比考虑更为全面且符合实际情况。离心试验作为研究隧道开挖面稳定性的方法在国外较为常见。PierreChambon[6]根据离心实验研究无粘性土盾构开挖面的稳定性,指出最重要的影响参数是盾构直径,最小的支持力随着隧道直径线性增大,如图(2),并给出了开挖面的破坏形态是泡状的,指出应变主要集中在泡的边界面上,如图(3)。但离心机中的小规模试验并不能很真实地反映实际条件,只能模拟最坏的设置条件。

　　2.4 有限元法

　　许多评判开挖面稳定性的方法是基于极限方法、静态方法计算的,这是趋于粗糙的估算。有限元在土工数值计算中广泛应用,能够更加准确的模拟真实的施工条件。目前国内外有许多学者用有限元研究隧道开挖面的稳定性。王敏强[7]等人采用三维非线性有限元模拟盾构推进的过程,提出了计算模型,可以应用到研究开挖面稳定的研究中。Buhanetal[10]描绘了EPB开挖面的三维有限元计算模型,在计算模型中包括了渗透力作用在开挖面上,针对直径为8m盾构机的开挖面稳定性进行了研究,发现开挖面的稳定安全系数只与水平和垂直方向的渗透系数的比值有关,密度对其影响很小。而PierreChambon[8]指出三维模型能够获得满意的效果,二维方法由于没有考虑弧效应过高地估计了破坏压力,基于理论和实践盾构开挖面的破坏范围大致相似,而不同的就在于垂直方向上的范围。针对三维能够取得很好的模拟盾构推进时土体的受力情况,笔者认为应用有限元法时三维有限元应优先选择。

　　3 结语和展望

　　本文较为系统地对国内外隧道盾构法开挖面的研究成果进行分类,并给予了详尽的评价,为以后学者的研究奠定了良好的基础。笔者相信:随着我国地铁建设逐步开展,城市地下工程施工技术的研究开发已成为一个重要的课题。盾构隧道施工以其具有绿色环保的特点已受到了各方面的注目[9],可以预计盾构施工方法日后在中国大地上会得到飞速的发展。计算机科学技术的发展必将会大大的促进了隧道盾构法开挖面稳定性的研究,从而更好地指导盾构法隧道的施工。

　　参考文献:

　　[1]　Chambon,P.andCorte,J.F.,“Shallowtunnelsincohe sionlesssoil:Stabilityoftunnelface,”[J].Journalof GeotechnicalEngineering,AmericanSocietyCivilEngi neers,Vol.120,pp.1148～1165,1994

　　[2]　Romo,M.P.andDiaz,C.M.,“FacestabilityandGrounds

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