泥水盾构隧道地层渗透压力的确定及规律研究

李远帆 王媛 任杰 董琪 陈龙 王志奎

摘 要：泥水盾构隧道施工中的地层渗透压力是设定开挖仓泥水压力等施工参数的主要依据之一。为提高地层渗透压力计算的准确性，开展泥水盾构隧道地层渗透压力的确定方法及规律研究。考虑土体开挖、泥水支护、壁后注浆等施工因素，建立模拟泥水盾构施工动态过程的三维流固耦合模型，分析盾构掘进和同步注浆等施工作业以及地层情况对地层渗透压力的扰动范围和扰动程度，基于此提出泥水盾构隧道地层渗透压力的修正公式。结果表明：当注浆压力为２００～５００ ｋＰａ 时，盾构施工对地层渗透压力的最远影响范围为距离开挖面前方４．５ 环处；在相同注浆压力下，对岩层渗透压力的扰动范围最大，砂土层次之，黏土层最小；采用修正公式得出的地层渗透压力计算值与实测值变化趋势基本一致，验证了修正公式的合理性。

关键词：泥水盾构；地层渗透压力；注浆压力；流固耦合；过江隧道工程

中图分类号：Ｕ４５５ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．０２３

引用格式：李远帆，王媛，任杰，等．泥水盾构隧道地层渗透压力的确定及规律研究［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（５）：１３８－１４４．

０ 引言

盾构隧道施工法具有对环境扰动小、自动化程度高、施工快速、施工风险小等优点，是目前建造隧道的主要工法之一。在施工过程中，盾构机开挖仓泥水压力主要根据地层渗透压力设定。当地层渗透压力计算值比实际值偏大时，导致开挖仓泥水压力过高，可能造成地面隆起；当地层渗透压力计算值比实际值偏小时，导致开挖仓泥水压力过低，使地面沉降过大，甚至发生开挖面失稳等事故，威胁工程安全［１－２］ 。

目前，盾构隧道掘进过程中的地层渗透压力难以通过实时的监测和探测手段获取，其确定方法主要有工程施工经验和理论分析两种。在工程施工经验方法中，一般按静水压力计算地层渗透压力［３］ 。在理论分析方法中，Ｚｈｏｎｇ 等［４］ 假设地表有足够的地下水补给，得到隧道地层渗透压力分布理论解；Ｐｅｒａｚｚｅｌｌｉ 等［５］ 通过数值模拟开挖面前方水头分布，提出了开挖面正前方和隧道上方的水头分布拟合公式。在实际盾构隧道掘进过程中，一方面，盾构机的掘进以及同步注浆等施工作业会对地层土体产生扰动，进而对地层渗透压力的大小及分布有较大影响［６－１１］ ；另一方面，隧道穿越的地层复杂多样，各地层渗透性差异较大，在泥水平衡盾构开挖过程中对各地层渗透压力造成的扰动程度不同［１２－１５］ 。现有对盾体所受地层渗透压力拟合的计算公式缺少对以上盾构施工作业造成影响的考虑，同时缺乏考虑不同注浆压力在不同地层中对渗透压力的纵向扰动范围和扰动程度的分析研究。

本文针对南京和燕路过江隧道建立模拟泥水盾构施工动态过程的三维流固耦合模型，对地层渗透压力受盾构施工作业的扰动情况进行全面分析，明晰注浆压力对渗透压力的扰动范围和扰动程度，提出泥水盾构隧道地层渗透压力的修正公式，以期对泥水盾构隧道地层渗透压力的确定提供理论参考。