泥水盾構隧道開挖面被動破壞研究進展

閔凡路， 宋航標， *， 柏煜新， 姚占虎

(1. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室， 江蘇 南京 210098； 2. 河海大學土木與交通學院， 江蘇 南京 210098； 3. 中交第一公路工程局有限公司， 北京 100024)

0 引言

近十幾年來，我國已成為世界上應用盾構技術最多的國家，尤其是在城市地鐵和穿越江河及海底的隧道建設中[1]。目前我國的盾構隧道技術正朝著大斷面、長距離以及穿越江河或海底高水壓、高滲透性地層等復雜水文地質條件的方向發展，泥水盾構工法以其優越的壓力控制模式得到越來越多的應用[2-3]。由于穿越高水壓、高滲透性地層及堤防等重要構筑物的隧道多采用泥水盾構施工，開挖面支護力與地層土水壓力相差較大時，會引起開挖面前方土體失穩破壞，引發地表沉降或隆起，嚴重時還會發生開挖面被擊穿、大量泥漿噴發等事故[4]。在過去數十年里，關于盾構隧道開挖面穩定性的研究，大多是針對開挖面的主動破壞問題開展的[5-6]。近年來盾構隧道開挖面的被動破壞失穩問題逐漸引起關注，2005年荷蘭的Heinenroord第二隧道采用直徑8.5 m的泥水盾構在砂土地層施工時，因泥漿壓力設定過大導致開挖面發生被動破壞事故，這是國際上第一次報道實際工程中盾構隧道開挖面發生被動破壞事故[7]； 2013年2月南京緯三路過江通道(直徑14.93 m)在江面以下50多m的卵礫石和風化巖地層中進行帶壓開艙檢修時，因氣壓設定過大而造成氣體沖破開挖面，氣體以50 m3/h快速逃逸，最終導致江底坍塌，形成巨型坑，盾構被迫停機長達數月，嚴重耽誤工期。

我國開建了多條大型泥水盾構隧道，其中多數隧道穿越江河底部等復雜工況，斷面大、距離長、水壓力大是其最重要的特點，再加上施工中穿越始發及江中沖槽淺覆土、高滲透性砂土地層、江中帶壓開艙等危險工況，使得對開挖面穩定性的控制非常困難。特別是15 m級直徑的大斷面隧道，由于泥漿壓力梯度很難與地層水平土水壓力梯度保持一致，開挖面上壓力分布不均勻，開挖面頂部泥漿壓力顯著大于地層土水壓力，導致開挖面極易發生泥漿劈裂、被動失穩等事故。因此，有必要對盾構隧道開挖面被動破壞的研究進展進行總結和分析，指出泥水盾構砂土地層開挖面被動破壞研究中存在的問題，這些問題的深入研究，可為我國大規模興建的大直徑水下隧道的開挖面穩定控制提供參考。

1 國內外研究進展

目前關于盾構隧道開挖面被動破壞方面的研究，主要是采用以極限分析法為主的理論分析法、三維有限元數值模擬法以及物理模型試驗法開展的。

1.1 盾構隧道開挖面被動破壞理論研究現狀

早期關于隧道開挖面被動破壞的相關研究多是理論研究，是采用基于理想塑性體的極限分析法，即上、下限定理的上限解法進行的，取得了大量的成果。E.H. Davis等[8]基于穩定系數，提出了不排水條件下黏性土中盾構開挖面被動破壞的失穩破壞模式(如圖1所示)，并推導了二維平面應變條件下的上限解和開挖面穩定系數公式，可用于計算C/D<3時的隧道的不排水穩定性(C為隧道埋深，D為隧道直徑)； E. Leca等[9]在求解砂質開挖面被動破壞極限支護力時，將破壞面假設為一個延伸到地表的倒錐體(如圖2所示)，并求解了隧道開挖面被動破壞極限支護力的上限解：

(1)

σs為地表超載；σT為開挖面支護力；β為楔形體模型的楔形角；γ、δ為輔助符號。

圖1 E.H. Davis等的二維上限模型

Fig. 1 Two-dimensional upper bound model

H為隧道中心線距地表距離；v為圓錐體運動速度；φ為圓錐開口角度；α為圓錐中心線與水平面夾角。

圖2 E. Leca等假定的被動破壞面

Fig. 2 Assumed passive failure surface

A.H. Soubra[10]對E. Leca等的倒圓錐形滑動面模型進行了改進和發展，將破壞區域分為3塊，其中底部和上部各是一個倒錐體，中間塊由縱向對稱面上的對數螺旋線連接組成； G. Mollon等[11]則對A. H. Soubra的模型進行了進一步的改進，認為破壞區域是由5個錐體拼接組合而成； 李得建等[12]通過上限法優化計算發現，錐形體數目小于4時被動破壞極限支護力降低速度較快，當錐形體數目大于20時計算精度提高有限。上述極限分析法研究得出的被動破壞區域和圓形隧道開挖面表面的相交處是一個橢圓形，即破壞區域在隧道開挖面處是個橢圓形區域，這與實際為圓形的開挖面不吻合，但是隨著破壞面被劃分為更多塊錐形體或2個對數螺旋線，采用此種方法計算開挖面被動破壞極限支護力的結果與實際情況漸趨符合[13-14]。Su等[15]提出的三維平動多塊滑移破壞機制考慮開挖面相切處為圓形，且淺埋大直徑隧道頂部支護壓力與C/D呈正相關，底部則呈相反趨勢。除此之外，Yang等[16]利用極限分析與非線性破壞準則推導了孔隙水壓力下保持開挖面穩定的最大支護力解析解，并發現土體參數的隨機選擇是影響開挖面最大支護力最重要的因素之一； Zhao等[17]利用上限分析法研究發現砂土地層中隧道傾角和L/D(L為隧道長度)對開挖面被動破壞具有重要影響，尤其當傾角范圍為-10°～10°時影響最為明顯。

G. Anagnostou 等[18]基于楔形體模型考慮了泥漿滲透對開挖面穩定性的不利影響，指出盾構掘進時的開挖面支護力可以采用薄膜模型進行計算，當遇到如透鏡體或局部砂層等特殊情況時，采用泥漿“滲透模型”分析開挖面的穩定情況； W. Broere等[19]在G. Anagnostou研究的基礎上建立了地下水流動模型，分析了由于泥漿滲透導致地層中超靜孔隙水壓力變化對開挖面穩定的影響； 裴紅軍[20]對楔形體模型做了分層計算處理，使改進后的楔形體模型可以很好地解決開挖面前方的不同土層問題，并采用極限平衡法計算了被動破壞支護力； 趙紅澤等[21]對“楔形體”模型進行了簡化，通過引入影響開挖面穩定的參數并采用線性擬合的方法，得到了考慮砂土重度、盾構開挖面直徑和埋深等因素影響的極限支護力簡化計算方法。

由以上研究可以看出： 1)采用極限分析法研究開挖面被動破壞問題，若假定的破壞模型較為簡單，則計算結果與實際被動破壞區域存在較大的差異； 2)若假定的破壞模型被劃分得更細，則計算結果與實際情況比較吻合，但計算過程會比較繁瑣； 3)泥水盾構掘進時泥漿滲透會對開挖面穩定產生不利影響。

1.2 盾構隧道開挖面被動破壞數值模擬研究現狀

隨著計算機技術的發展，能夠模擬隧道開挖過程的三維數值模擬方法越來越多地被用來模擬盾構隧道開挖面的被動破壞過程[15, 22]。Wong等[23]基于土體的修正劍橋模型，采用ABAQUS軟件對下軟上硬地層中城市地鐵盾構掘進引起的被動失穩進行了模擬研究，結果表明開挖面上部硬殼地層的存在對開挖面的穩定是有利的，它使得被動失穩支護力提高了10%左右； 陳仁朋等[24]采用ABAQUS軟件，對直徑為6.34 m的地鐵盾構隧道在砂性土中因開挖面支護力過大引起的被動破壞過程進行了模擬，并將傳統的三維楔形體模型中的棱柱體修正為倒棱臺體，計算了不同埋深比、不同內摩擦角時的開挖面被動破壞極限支護力； 呂璽琳等[25]通過三維有限元強度折減數值模擬，對滲流條件下盾構隧道開挖面穩定性安全系數及其與支護壓力的關系進行了研究，將基于有限元計算不收斂作為開挖面破壞標準，獲得了開挖面被動變形模式下的開挖面穩定安全系數，認為安全系數的減小會導致開挖面由主動破壞形式向被動破壞過渡，并得到了開挖面的最終破壞模式。

Li等[26]以上海滬崇蘇隧道泥水盾構(直徑為15.43 m)施工為背景，分析了大直徑與小直徑泥水盾構開挖面上的受力差異，認為兩者的失穩形式存在較大差異，并采用FLAC3D軟件對大直徑開挖面被動破壞進行了模擬，分析了局部破壞與整體破壞發生的可能，研究了泥漿壓力梯度對開挖面穩定性的影響； 周舒威等[27]利用FLAC3D軟件研究發現大直徑泥水平衡頂管的被動破壞模式是水平圓柱體破壞模式，該模式適用條件為層狀、均質黏性土地層； 楊三資[28]利用FLAC3D軟件對直徑為10 m和6 m的盾構隧道施工進行數值模擬研究，發現大直徑和小直徑盾構開挖引起的地表沉降槽差異較大。

由以上研究結果可以看出： 1)在試驗條件受限制的情況下，數值模擬是進行開挖面被動破壞研究的有效方法； 2)大直徑開挖面受力分布和失穩模式與小直徑開挖面存在較大差異，可能發生局部破壞。

1.3 盾構隧道開挖面被動破壞模型試驗研究現狀

模型試驗是檢驗理論分析和數值模擬得出的極限支護力是否合理、指導現場實際工程的重要方法，在盾構隧道開挖面穩定性研究中的應用越來越多，取得了良好的進展。R.J. Mair等[29]通過均勻地層離心機模型試驗對開挖面穩定問題進行研究，發現黏土地層破壞面是由隧道仰拱向上部和兩側擴展的，呈下部較窄、上部區域較寬的盆狀； 而砂土地層破壞面是由隧道兩側豎直向上直接發展至地表的狹窄煙囪狀。文獻[30-31]針對泥水盾構泥漿壓力過大引發的軟黏土地層開挖面劈裂破壞、泥水噴發現象進行理論分析和模型試驗研究，認為泥水噴發現象是否發生與劈裂縫處的泥水壓力作用時間t0以及劈裂發生后伸展到達水底的時間ts有關，當ts

離心模型可以實現模型地基與實際地基的應力等效，已成為解決復雜巖土工程問題的重要途徑[34]。2012年，Wong等[35]在飽和砂土中創建了直徑5 m的盾構開挖面被動失穩離心模型，其中模型盾構的開挖面是以剛性板模擬的(如圖3所示)，研究結果表明，當埋深比C/D=2.2時，開挖面呈現漏斗狀失穩模式，地表隆起變形成高斯正態分布；當C/D=4.3時，地表的變形受到周圍土體的限制，開挖面呈現局部失穩模式，測試得到發生被動破壞時開挖面的支護力比采用有限元的計算值小50%。2013年，Ng等[36]在黏土中進行了類似的離心模型試驗(模擬盾構直徑為5 m，C/D分別為2.1和4.2)，研究中還分析了開挖面隆起過程中地層超靜孔隙水應力的變化規律及被動破壞發生后超靜孔隙水應力的消散規律。齊立志[37]開展了類似的盾構隧道砂土地層開挖面被動破壞離心機模型試驗，認為開挖面被動破壞區域大致為楔形體加倒棱臺的形狀，并與有限元計算結果進行了對比。

圖3 Wong等離心模型試驗中采用的模型盾構Fig. 3 Shield model used in centrifugal model test

由以上研究可以看出： 1)重力加速度為1g條件下的模型試驗反映了開挖面被動破壞的規律，并給實際工程施工提供了較好的參考，但應力水平和室內模型尺寸與實際工程存在較大的差異； 2)已有的模型試驗多是在軟黏土地層中開展的，在高滲透性砂土地層中考慮泥漿滲透對開挖面穩定性影響的研究較少； 3)已開展的離心模型試驗模擬的是小直徑盾構，且以剛性板模擬開挖面研究其變形，與開挖面實際受力和變形情況存在較大差異。

2 盾構隧道開挖面被動破壞研究中存在的問題

2.1 泥漿向地層中滲透對開挖面穩定性的影響

由于黏土地層滲透系數很小，關于黏土地層開挖面泥漿劈裂破壞的研究不需要考慮泥漿滲透的影響，開挖面穩定性的計算也可采用薄膜模型進行。然而，在高滲透性的砂卵石地層中，由于泥漿向地層中滲透會導致地層中孔隙水壓力上升，因此，在實際施工中，泥漿壓力的設定是在地層土水壓力的基礎上加上地層孔隙水壓力的上升值。當泥漿壓力設定較大時，泥漿會沖破泥膜，沿著地層最小主應力的方向劈裂地層，發生被動失穩。目前關于泥漿成膜的研究取得了較大的進展[3, 38]，但是砂土地層中泥漿沖破泥膜、發生劈裂破壞過程中泥漿壓力在地層中的傳遞規律，以及對開挖面穩定性的影響還缺乏試驗研究和機制分析。

2.2 大直徑盾構隧道開挖面受力與小直徑盾構隧道差異分析

目前大直徑盾構隧道多是采用泥水盾構技術修建，參考李昀等[26, 32]的研究，分析不同直徑盾構開挖面上的受力差異(如圖4所示)。開挖面支護力的設定一般以隧道中心處為標準計算，圖4中兩隧道中心埋深相同，因此兩隧道中心處壓力艙泥漿壓力相同，且等于地層土水壓力。由于壓力艙泥漿壓力梯度很難與地層土水壓力梯度較好地保持一致(泥漿重度小于地層土體的重度)，隨著盾構直徑的增大，開挖面頂部和底部泥漿壓力與地層土水壓力差值也隨之變大。相比小直徑開挖面(以城市地鐵直徑6.28 m左右的盾構為例)，大直徑開挖面(以南京緯三路過江通道直徑15 m的盾構為例)上的這一差值會變得非常明顯，特別是在淺覆土地層或者高滲透性的砂土地層中施工時，開挖面上部泥漿壓力過大，極易導致泥漿開挖面發生劈裂等被動破壞失穩事故。

(a) 普通直徑盾構隧道 (b) 大直徑盾構隧道

D0、D為盾構直徑；σu、σb為拱頂和拱底處的泥漿壓力值；σ0u、σ0b為拱頂和拱底處的水土壓力值。

圖4不同直徑盾構開挖面受力差異示意圖

Fig. 4 Force diversity of shield excavation face for shields with different diameters

此外，當盾構采用氣壓支護開挖面進行帶壓開艙檢修時[4, 39]，氣壓的壓力梯度為0，則大直徑開挖面頂部和底部泥漿壓力與地層土水壓力差值更大，開挖面的穩定控制更為困難。 因此大直徑開挖面頂部和底部承受的支護壓力與地層壓力的差值比小直徑開挖面上的壓力差大得多，這使得大直徑盾構開挖面在淺覆土以及帶壓開艙檢修時面臨的被動破壞問題更為嚴峻。

2.3 離心模型中盾構開挖面的模擬問題

離心模型試驗是目前進行盾構隧道開挖面穩定性研究最為有效的方法，由于受到試驗條件的限制，目前僅有少數學者開展了小直徑開挖面被動破壞的離心模型試驗[35-37]。 已開展的離心模型試驗中，盾構開挖面一般采用剛性板模擬，以位移控制式進行試驗時，開挖面土體是整體移動的，一旦發生破壞也是整體破壞，這與實際盾構開挖面及前方土體的受力等情況存在較大的差異。

圖5示出3種常見的盾構刀盤形式，刀盤上30%～80%不等的開口面積，使得壓力艙內的泥土壓力或泥漿壓力直接作用在地層上，隨著支護力、覆土厚度以及盾構直徑的變化，開挖面上受力分布也存在較大的差異，有發生局部失穩破壞的可能。 若將剛性板開挖面改進為“帶孔剛性板+外包乳膠膜”等柔性材料，則可以較真實地反映開挖面及前方土體的受力和變形情況。 因此，為了獲得更真實的開挖面被動破壞的形態，有必要以“帶孔剛性板+外包乳膠膜”等柔性材料模擬開挖面，進行被動破壞離心模型試驗。

(a) 輻條式刀盤

(b) 輻條面板式刀盤

(c) 面板式刀盤圖5 常見盾構刀盤開口形式Fig. 5 Common opening form of shield cutterhead

3 結論與建議

開挖面的穩定問題一直是盾構隧道施工中最重要的問題，良好地保持開挖面的穩定基本上保證了盾構隧道的安全順利施工。 相比于開挖面主動破壞問題，被動破壞引發的事故和相關研究還較少，但在理論分析、數值模擬和模型試驗等方面取得了一定的研究進展。 本文通過總結和分析目前已有的開挖面被動破壞方面的研究進展，得出如下結論并提出建議。

1)泥漿沖破泥膜、發生劈裂破壞作為泥水盾構開挖面被動破壞的主要形式，目前還缺乏在高水壓、強滲透地層中相關過程的研究，可以結合高水壓、強滲透性砂土地層開展泥漿沖破泥膜、發生劈裂破壞過程中泥漿壓力在地層中的傳遞規律及對開挖面穩定性影響的研究，分析地層有效應力的變化，明確泥漿滲透作用對開挖面穩定性的影響。

2)泥水盾構正常掘進時，大直徑開挖面面臨的被動破壞問題比小直徑開挖面更加嚴峻，尤其是在帶壓開艙檢修時，開挖面采用氣壓支護，大直徑盾構在平衡地層壓力、維持開挖面穩定方面更加困難。 但是受到試驗條件的限制，相關研究還多以理論分析和數值模擬為主，缺乏帶壓開艙時氣壓支護下開挖面穩定性的研究。 在今后的研究中，需開展大直徑開挖面被動破壞的模型試驗和氣壓支護條件下開挖面的穩定性等方面的研究。

3)采用剛性板模擬盾構開挖面進行的離心模型試驗，與開挖面土體實際的受力和變形情況存在較大的差異。 在今后的研究中有必要以“帶孔剛性板+外包乳膠膜”等柔性材料模擬開挖面，開展被動破壞離心模型試驗，以獲得更真實的開挖面被動破壞形態。

對盾構開挖面被動破壞問題的深入研究，有利于揭示泥水盾構砂土地層開挖面被動破壞發生的機制，研究成果將豐富盾構隧道開挖面穩定控制理論，且可用于指導大直徑開挖面被動破壞失穩的防治。

參考文獻(References)：

[1] 朱偉, 閔凡路, 姚占虎, 等. 盾構隧道開艙技術現狀及實例[J]. 現代隧道技術, 2015, 52(1): 9.

ZHU Wei, MIN Fanlu, YAO Zhanhu, et al. Technical status and case study of intervention in the shield chamber[J]. Modern Tunnelling Technology, 2015, 52(1): 9.

[2] 郭信君, 閔凡路, 鐘小春, 等. 南京長江隧道工程難點分析與關鍵技術總結[J]. 巖石力學與工程學報, 2012, 31(10): 2154.

GUO Xinjun, MIN Fanlu, ZHONG Xiaochun, et al. Summaries of key technologies and difficulties in Nanjing Yangtze River Tunnel Project[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(10): 2154.

[3] 閔凡路, 朱偉, 魏代偉, 等. 泥水加壓盾構泥膜形成時地層孔壓變化規律研究[J]. 巖土工程學報, 2013, 35(4): 722.

MIN Fanlu, ZHU Wei, WEI Daiwei, et al. Change of pore water pressure in soil as filter cakes formed on excavation face in slurry shield[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2013, 35(4): 722.

[4] MIN Fanlu, ZHU Wei, LIN Cheng, et al. Opening the excavation chamber of the large-diameter size slurry shield: A case study in Nanjing Yangtze River Tunnel in China[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2015, 46: 18.

[5] 朱偉, 秦建設, 盧廷浩. 砂土中盾構開挖面變形與破壞數值模擬研究[J]. 巖土工程學報, 2005, 27(8): 897.

ZHU Wei, QIN Jianshe, LU Tinghao. Numerical study of face movement and collapse around shield tunnels in sand[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(8): 897.

[6] 韋良文, 張慶賀, 孫統立, 等. 盾構隧道開挖面穩定研究進展[J]. 重慶交通大學學報(自然科學版), 2007, 26(6): 67.

WEI Liangwen, ZHANG Qinghe, SUN Tongli, et al. Current research state of face stability in shield tunneling and future development[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2007, 26(6): 67.

[7]BEZUIJEN A, BRASSINGA H M. Blow-out pressures measured in a centrifuge model and in the field[C]//International Symposium on Modern Tunneling Science and Technology. Rotterdam: A.A.Balkema Publisher, 2001.

[8] DAVIS E H, GUNN M J, MAIR R J, et al. The stability of shallow tunnels and underground openings in cohesive material[J]. Géotechnique, 1980, 30(4): 397.

[9] LECA E, DORMIEUX L. Upper and lower bound solutions for the face stability of shallow circular tunnels infrictional material[J]. Géotechnique, 1990, 40(4): 581.

[10] SOUBRA A H. Kinematical approach to face stability analysis of shallow circular tunnels[C]//Proceedings of the Eight International Symposium on Plasticity. [S.l.]: [s.n.], 2000.

[11] MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Face stability analysis of circular tunnels driven by a pressurized shield[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2010, 136(1): 215.

[12]李得建, 趙煉恒, 楊峰, 等. 非線性破壞準則下淺埋隧道掌子面三維被動破壞穩定性能耗分析改進方法[J]. 巖石力學與工程學報, 2016, 35(4): 743.

LI Dejian, ZHAO Lianheng, YANG Feng, et al. Three-dimensional stability analysis of passive failure on shallow tunnel face based on the nonlinear failure criterion[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(4): 743.

[13] MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Probabilistic analysis and design of circular tunnels against face stability[J]. International Journal of Geomechanics, 2009, 9(6): 237.

[14] MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Rotational failure mechanisms for the face stability analysis of tunnels driven by a pressurized shield[J]. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2011, 35(12): 1363.

[15] SU Yi, WANG Guofeng, ZHOU Qinghong. Tunnel face stability and ground settlement in pressurized shield tunneling[J]. Journal of Central South University, 2014, 21(4): 1600.

[16] YANG Xiaoli, YAO Cong, ZHANG Jiahua. Safe retaining pressures for pressurized tunnel face using nonlinear failure criterion and reliability theory[J]. Journal of Central South University, 2016, 23(3): 708.

[17] ZHAO Lianheng, LI Dejian, LI Liang, et al. Three-dimensional stability analysis of a longitudinally inclined shallow tunnel face[J]. Computers and Geotechnics, 2017, 87: 32.

[18] ANAGNOSTOU G, KOVARI K. The face stability of slurry-shield-driven tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1994, 9(2): 165.

[19] BROERE W. Tunnel face stability & new CPT applications[D]. Delft: Delft University of Technology, 2001.

[20] 裴紅軍. 城市隧道盾構法施工開挖面穩定性研究[D]. 南京: 河海大學, 2005.

PEI Hongjun. Study of face stability of tunneling shield in urban areas[D]. Nanjing: Hohai University, 2005.

必須加強對科研經費的管理，以貫徹落實黨風廉政精神。充分利用科研經費管理的實踐經驗，進一步推動制度建設，規范科研經費使用，以確保科研活動保持健康發展活力，不變形、不走樣，確保科研人員合法權益受到保護，能全身心投入科研事業。外部檢查和內部監督須“雙管齊下”，構建全方位的監管機制，從根源上杜絕違法違規使用科研經費的行為。■

[21] 趙紅澤, 鄭群飛, 朱建明, 等. 楔形體模型的簡化計算方法[J]. 現代隧道技術, 2017, 54(1): 83.

ZHAO Hongze, ZHENG Qunfei, ZHU Jianming, et al. A simplified calculation method for the wedge model[J]. Modern Tunnelling Technology, 2017, 54(1): 83.

[22] DIAS D, JANIN J P, SOUBRA A H, et al. Three-dimensional face stability analysis of circular tunnels by numerical simulations[C]//Proceedings of Geocongress 2008, ASCE. [S.l.]: Geotechnical Special Publication, 179: 886.

[23]WONG K S, NG C W W, CHEN Y M, et al. Three-dimensional analysis of passive failure of circular tunnel face in layered ground[C]// Proceedings of the 2nd International Conference on Computational Methods in Tunnelling. Bochum: Ruhr University Bochum, 2009: 841.

[24] 陳仁朋, 齊立志, 湯旅軍, 等. 砂土地層盾構隧道開挖面被動破壞極限支護力研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2013, 32(增刊1): 2877.

CHEN Renpeng, QI Lizhi, TANG Lüjun, et al. Study of limit supporting force of excavation face′s passive failure of shield tunnels in sand strata[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(S1): 2877.

[25] 呂璽琳, 周運才. 滲流條件下盾構隧道開挖面穩定性三維強度折減數值模擬[J]. 工程地質學報, 2016, 24(增刊1): 952.

LYU Xilin, ZHOU Yuncai. Three-dimensional strength reduction numerical simulation of the face stability of shield tunnel under seepage condition[J]. Journal of Engineering Gelolgy, 2016, 24(S1): 952.

[26] LI Y, EMERIAULT F, KASTNER R, et al. Stability analysis of large slurry shield-driven tunnel in soft clay[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2009, 24 (4): 472.

ZHOU Shuwei, XIA Caichu, GE Jinke, et al. Calculation method for the passive limit support pressure of extra-large diameter slurry balance pipe-jacking machine in clay[J]. Modern Tunnelling Technology, 2015, 52(3): 127.

[28] 楊三資. 10 m直徑盾構與6 m直徑盾構引起的土體擾動規律對比研究[D]. 北京: 北京市市政工程研究院, 2012.

YANG Sanzi. Research on the soil disturbance between 10 m diameter shield and 6 m diameter shield[D]. Beijing: Beijing Municipal Engineering Research Institute, 2012.

[29] MAIR R J, TAYLOR R N. Bored tunneling in the urban environment[C]//Proceedings of the 14th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Hamburg: A. A. Balkema Publishers, 1997: 2353.

[30] 袁大軍, 黃清飛, 李興高, 等. 盾構掘進黏土地層泥水劈裂伸展現象研究[J]. 巖土工程學報, 2010, 32(5): 712.

YUAN Dajun, HUANG Qingfei, LI Xinggao, et al. Hydraulic fracture extending during slurry shield tunneling in cohesive soil[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010, 32(5): 712.

[31] 劉學彥, 袁大軍. 泥水劈裂伸展現象的力學分析[J]. 巖石力學與工程學報, 2013, 32(7): 1434.

LIU Xueyan, YUAN Dajun. Mechanical analysis of slurry fracture propagation phenomenon[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(7): 1434.

[32] 李昀, 張子新, 張冠軍. 泥水平衡盾構開挖面穩定模型試驗研究[J]. 巖土工程學報, 2007, 29(7): 1074.

LI Yun, ZHANG Zixin, ZHANG Guanjun. Laboratory study of face stability mechanism of slurry shield[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2007, 29(7): 1074.

[33] LEE Yongjun, LEE Sangduk. Effect of a frontal impermeable layer on the excess slurry pressure during the shield tunneling in the saturated sand[J]. Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, 2011, 13(4): 347.

[34] TAYLOR R N. Geotechnical centrifuge technology[M]. London: Blackie Academic & Professional, 1995.

[35] WONG K S, NG C W W, CHEN Y M, et al. Centrifuge and numerical investigation of passive failure of tunnel face in sand[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2012, 28: 297.

[36] NG C W W, WONG K S. Investigation of passive failure and deformation mechanisms due to tunneling in clay[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50(4): 359.

[37] 齊立志. 砂層地基盾構隧道開挖面被動破壞支護力研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2012.

QI Lizhi. Study of blow-out face pressure of shield tunnels in sand[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2012.

[38] MIN Fanlu, ZHU Wei, HAN Xiaorui. Filter cake formation for slurry shield tunneling in highly permeable sand[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2013, 38: 423.

[39] 閔凡路, 姜騰, 魏代偉, 等. 泥水盾構帶壓開艙時泥漿配制及泥膜形成實驗研究[J]. 隧道建設, 2014, 34(9): 857.

MIN Fanlu, JIANG Teng, WEI Daiwei, et al. Experimental study of preparation and filter membrane formation of slurry during hyperbaric operation in tunneling by slurry shield[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(9): 857.