1、針對盾構(gòu)隧道進出洞端頭土體穩(wěn)定性及加固尺寸精細化設計等工程實際難題,本論文結(jié)合南京地鐵TA15標盾構(gòu)隧道始發(fā)及到達進出洞端頭的加固工程實例,基于從建立微觀模型到宏觀對比、并通過工程實例再驗證的思路,建立南京地鐵沿線低山丘陵及淤積平原區(qū)典型粉細砂層顆粒流細觀模型及加固模型、并基于微觀顆粒流——宏細觀剪切帶——宏觀工程失穩(wěn)——工程加固精細化設計實例的研究思路,對盾構(gòu)隧道進出洞端頭土體的破壞模式、穩(wěn)定性計算方法及進出洞端頭土體加固尺寸的確定做

2、進一步的參數(shù)校核、比較分析和現(xiàn)場驗證,取得的相關(guān)研究成果如下:
　　 (1)基于南京地鐵沿線低山丘陵及淤積平原區(qū)的特殊地貌及穿越地質(zhì)條件,建立了南京盾構(gòu)隧道進出洞穿越端頭土體顆粒流細觀模型,對伴隨盾構(gòu)穿越土層擾動破壞過程進出洞端頭土體的特殊漸進性破壞特征及破壞模式進行了分析,初步確定該地區(qū)盾構(gòu)掘進過程中細觀參數(shù)的影響范圍及其對土性特性的影響規(guī)律。南京地區(qū)原狀土體受盾構(gòu)刀盤切削、抓刨、振動、沖擊、壓實、擠密、剝離等動靜荷載作用,伴

3、隨孔隙水壓力的消散和局部激增過程,內(nèi)摩擦角隨顆粒摩擦系數(shù)的增大呈現(xiàn)類線性增加趨勢；粘聚力也隨顆粒間粘結(jié)強度的增大表現(xiàn)為線性增大關(guān)系。
　　 (2)給出盾構(gòu)進出洞端頭土體的穩(wěn)定系數(shù)、進出洞端頭土體的理論加固系數(shù)及范圍。通過從微觀到宏觀,由淺入深的分析比較方法,對南京地鐵盾構(gòu)進出洞端頭土體穩(wěn)定性及參數(shù)敏感性做進一步分析認為:設計能否增加盾構(gòu)隧道埋深取決于是否能有效控制或提高進出洞端頭土體的穩(wěn)定性,隧道埋深越淺,進出洞端頭土體的穩(wěn)定性

4、相對越差,風險越大,越需提高掘進土體的內(nèi)摩擦角和粘聚力指標。內(nèi)摩擦角和粘聚力變化對進出洞端頭土體的穩(wěn)定性影響最顯著,而泊松比變化對進出洞端頭土體穩(wěn)定性的影響相對并不明顯。
　　 (3)通過分析南京地鐵盾構(gòu)進出洞穿越土體位移場的發(fā)展變化規(guī)律可知,該地區(qū)盾構(gòu)進出洞穿越時端頭土體呈現(xiàn)較明顯的顆粒定向性運動趨勢,刀盤推進中土體顆粒流的運動變化規(guī)律從無明顯定向到呈現(xiàn)明顯顆粒位移定向等特征,土體被擠密、重構(gòu)、剝離等的過程中快速形成明顯的剪切

5、滑移帶并發(fā)展貫通成滑裂(動)面,最終形成進出洞端頭土體滑動面較集中在兩部分擠壓區(qū)域出現(xiàn):洞門上邊緣以上位置,滑動面基本呈斜直線分布,洞門上邊緣以下位置的滑動面基本呈對數(shù)螺旋線或近似圓形的分布規(guī)律。實測土體損失體積與現(xiàn)場地表動態(tài)沉降槽體積基本吻合,為此規(guī)律提供了一例理論佐證。
　　 (4)建立盾構(gòu)進出洞端頭土體彈性薄板的修正極限平衡分析模型,計算了進出洞端頭土體的加固厚度,通過與實例進行對比,對建議理論進行了條件修正。
　　

6、 分析可知:在取相同計算參數(shù)和安全系數(shù)的條件下,經(jīng)典極限平衡模型的計算加固厚度為4.68m,修正彈性薄板模型計算的加固厚度為5.15m,傳統(tǒng)彈性薄板模型計算的加固厚度為7.54m,實際南京地鐵工程中選取加固厚度6.0m、并實現(xiàn)成功進出洞。
　　 通過與實際工程的應用對比可看出,經(jīng)典極限平衡模型和修正彈性薄板模型的計算結(jié)果略小并接近南京地鐵實際工程取值,而傳統(tǒng)彈性薄板模型的計算結(jié)果明顯偏于安全。
　　 (5)基于塑性松動