泥水盾構隧道地層滲透壓力的確定及規律研究

李遠帆 王媛 任杰 董琪 陳龍 王志奎

摘 要：泥水盾構隧道施工中的地層滲透壓力是設定開挖倉泥水壓力等施工參數的主要依據之一。為提高地層滲透壓力計算的準確性，開展泥水盾構隧道地層滲透壓力的確定方法及規律研究。考慮土體開挖、泥水支護、壁后注漿等施工因素，建立模擬泥水盾構施工動態過程的三維流固耦合模型，分析盾構掘進和同步注漿等施工作業以及地層情況對地層滲透壓力的擾動范圍和擾動程度，基于此提出泥水盾構隧道地層滲透壓力的修正公式。結果表明：當注漿壓力為２００～５００ ｋＰａ 時，盾構施工對地層滲透壓力的最遠影響范圍為距離開挖面前方４．５ 環處；在相同注漿壓力下，對巖層滲透壓力的擾動范圍最大，砂土層次之，黏土層最小；采用修正公式得出的地層滲透壓力計算值與實測值變化趨勢基本一致，驗證了修正公式的合理性。

關鍵詞：泥水盾構；地層滲透壓力；注漿壓力；流固耦合；過江隧道工程

中圖分類號：Ｕ４５５ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．０２３

引用格式：李遠帆，王媛，任杰，等．泥水盾構隧道地層滲透壓力的確定及規律研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（５）：１３８－１４４．

０ 引言

盾構隧道施工法具有對環境擾動小、自動化程度高、施工快速、施工風險小等優點，是目前建造隧道的主要工法之一。在施工過程中，盾構機開挖倉泥水壓力主要根據地層滲透壓力設定。當地層滲透壓力計算值比實際值偏大時，導致開挖倉泥水壓力過高，可能造成地面隆起；當地層滲透壓力計算值比實際值偏小時，導致開挖倉泥水壓力過低，使地面沉降過大，甚至發生開挖面失穩等事故，威脅工程安全［１－２］ 。

目前，盾構隧道掘進過程中的地層滲透壓力難以通過實時的監測和探測手段獲取，其確定方法主要有工程施工經驗和理論分析兩種。在工程施工經驗方法中，一般按靜水壓力計算地層滲透壓力［３］ 。在理論分析方法中，Ｚｈｏｎｇ 等［４］ 假設地表有足夠的地下水補給，得到隧道地層滲透壓力分布理論解；Ｐｅｒａｚｚｅｌｌｉ 等［５］ 通過數值模擬開挖面前方水頭分布，提出了開挖面正前方和隧道上方的水頭分布擬合公式。在實際盾構隧道掘進過程中，一方面，盾構機的掘進以及同步注漿等施工作業會對地層土體產生擾動，進而對地層滲透壓力的大小及分布有較大影響［６－１１］ ；另一方面，隧道穿越的地層復雜多樣，各地層滲透性差異較大，在泥水平衡盾構開挖過程中對各地層滲透壓力造成的擾動程度不同［１２－１５］ 。現有對盾體所受地層滲透壓力擬合的計算公式缺少對以上盾構施工作業造成影響的考慮，同時缺乏考慮不同注漿壓力在不同地層中對滲透壓力的縱向擾動范圍和擾動程度的分析研究。

本文針對南京和燕路過江隧道建立模擬泥水盾構施工動態過程的三維流固耦合模型，對地層滲透壓力受盾構施工作業的擾動情況進行全面分析，明晰注漿壓力對滲透壓力的擾動范圍和擾動程度，提出泥水盾構隧道地層滲透壓力的修正公式，以期對泥水盾構隧道地層滲透壓力的確定提供理論參考。