双模盾构穿越大埋深软岩施工卡机风险分析及研究
盾构机的相关问题研究报告
盾构机的相关问题研究报告盾构机的相关问题研究报告一、引言随着城市化进程的不断推进，地下空间的开发和利用成为各大城市发展的重要环节。
在地下空间的开发中，盾构机作为一种高效的施工设备，因其具备灵活性和环境友好等优势，被广泛应用于地铁、隧道等工程的建设。
然而，随着盾构机应用的广泛性增加，也暴露出一些相关问题，如地质情况复杂、管片质量不佳等。
因此，本文旨在系统分析盾构机的相关问题，并提出相应的解决方法。
二、地质情况复杂盾构机在进行地下施工时，首要面临的问题是地质情况的复杂性。
地质条件的差异直接影响盾构机的施工效率和安全性。
如遇到软土层、砂卵石层、岩溶地质等特殊地质情况，盾构机的施工难度增加，同时也增加了地质灾害的风险。
针对这一问题，可采取以下措施：1. 充分进行地质勘探：在盾构机进入施工前，进行详尽的地质勘探，并利用先进的地质探测技术进行地下情况的评估。
2. 选择合适的盾构机：根据地质情况的复杂性，选择适用于具体地质条件的盾构机，如在软土地质中使用土压平衡盾构机，在岩石中使用硬岩盾构机。
3. 引入先进的刀盘设计：根据地质条件的复杂性，开发刀盘结构合理、适应性强的设计方案，提高盾构机的适应能力。
三、管片质量不佳盾构机的施工过程中，产生的管片应具备一定的质量标准，以保证地下工程的结构安全。
然而，实际施工中存在着管片质量不佳的问题，如破损、渗水、轴线偏移等，这些问题极大地影响了整个工程的工效和安全。
为了提高管片质量，可采取以下措施：1. 优化配合比例：合理选择管片的配合比例，确保配合比例的准确性和稳定性，减少管片质量问题的发生。
2. 引入自动化生产线：采用自动化生产线进行管片生产，提高生产效率和质量控制水平。
3. 加强工艺控制：通过加强管片生产过程中的工艺控制，如振动模压、养护等环节的标准化操作，提高管片的质量控制水平。
四、环境影响盾构机施工过程中，会产生一定的环境影响，如噪音、振动、施工污染等。
这些影响可能对周边居民和环境造成一定程度的不适和危害。
浅析双模盾构机TBM_模式穿越重大风险源的施工工艺
1052022年4月上 第07期 总第379期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview福州地铁4号线林浦站―城门站区间中间（三环快速路南侧）设置一个明挖中间风井，其余均为单线单洞盾构区间。
林城区间林浦站―中间风井段北起4号线林浦站大里程端头，下穿福泉连接线、连坂村民房、10#污水接收井、黄山汽车考训场、省农业科学稻香研究所、三环快速路，进入中间风井。
左线设一个长链12.094m，左线长1355.773m ；右线设一长链0.822m，右线长1357.483m。
林城区间中间风井―城门站段北起中间风井大里程端头，侧穿残疾人康复中心，下穿城门山、城门村民房，进入城门站大里程端头。
左线长812.465m，右线长801.298m。
区间隧道覆土最大厚度约为42.8m，最小厚度约为17.2m。
区间两台盾构机从4号线林浦站大里程端头始发，通过中间风井继续掘进至城门站小里程端头接收吊出。
1.区间风险源概况1.1侧穿三环快速路福厦高架桩基隧道设计左线为5.57‰上坡，R900圆曲线右转；右线为5.578‰的直线上坡。
盾构下穿三环快速时隧道所处地层主要为微风化熔结凝灰岩，隧顶埋深约24.1m。
1.2侧穿残疾人康复中心地下室隧道设计为4.235‰下坡及R1200（圆曲线18m、圆缓36m）左转。
盾构侧穿残疾人康复中心地下室时隧道所处地层主要为微风化熔结凝灰岩，隧顶埋深约41.3m。
右线隧道距地下室最小水平净距为24.99m，故不涉及侧穿残疾人康复中心地下室。
残疾人康复中心采用一层地下室，多层框架，基础为独立基础。
地下室距隧道最小水平净距约4.82m。
1.3下穿城楼村居民房左线隧道设计为4.235‰下坡（550m）和20.7‰上坡（200m）；伴有R900（33.5m）、R1200（116.4m）及R450（238.9m）的转弯半径。
盾构下穿城楼村居民房时隧道所处地层主要为中风化熔结凝灰岩、微风化熔结凝灰岩，隧顶埋深：17.3m ～42.43m。
盾构施工过程中的地质风险分析及治理措施设计
盾构施工过程中的地质风险分析及治理措施设计一、引言盾构施工是一种在地下进行隧道掘进的技术方法，广泛应用于城市地下管网、地铁和隧道等工程建设中。
然而，在盾构施工过程中，地质风险是不可避免的。
本文将对盾构施工过程中的地质风险进行分析，并提出相应的治理措施设计。
二、盾构施工中的地质风险1. 岩层变化带来的地质风险：在盾构施工中，可能会遇到地质构造变化导致岩层的突变，例如断层、脆弱带等。
这会对盾构机的推进和掘进造成不稳定性，增加地质风险。
2. 地下水位对施工的影响：地下水位的高低会直接影响盾构施工的进行。
在水位较高的地区，可能会导致隧道涌水，对施工工艺和安全造成威胁。
3. 地下空洞和洞室的存在：在地下施工中，可能会遇到地下洞室或空洞，这会导致盾构机的下沉和地质灾害的发生，对施工风险形成潜在威胁。
4. 后期地质沉降引发的地质风险：盾构施工完成后，地下的岩土会发生固结沉降，可能会影响地面建筑物的稳定性，引发地质风险。
三、盾构施工中地质风险分析的方法1. 前期地质调查：在盾构施工前，进行详细的地质调查，掌握施工区域的地质情况，包括岩性、断层、脆弱带、地下水位等信息。
这有助于预测地质风险发生的可能性，为治理措施的设计提供依据。
2. 现场勘探与监测：在盾构施工过程中，进行地下水位监测、地质构造检测等现场勘探工作，及时掌握工程进展情况，发现地质风险的迹象，并采取相应的措施进行治理。
四、盾构施工中地质风险的治理措施设计1. 岩层突变风险治理：对于存在断层和脆弱带的区域，可以采取预处理或加固措施，如钻孔注浆、锚索加固等，提高盾构施工的稳定性。
2. 地下水位控制治理：根据地下水位调查结果，设计合理的水封措施，包括增加隧道内部的防水层、设置排水系统等，避免盾构施工过程中的涌水风险。
3. 地下空洞治理：对于已知的地下洞室或空洞，采取相应的填充或加固措施。
另外，通过地质勘探和监测，及时发现潜在的地下空洞，避免施工过程中悬空洞室的发生。
盾构隧道施工中的地质灾害风险分析与防治措施研究
盾构隧道施工中的地质灾害风险分析与防治措施研究盾构隧道是一种用于地下交通工程、水利工程、城市基础设施等领域的重要施工方式。
然而，在盾构隧道施工中，地质灾害风险是一个需要高度重视的问题。
本文将从盾构隧道施工中的地质灾害风险分析以及防治措施研究两方面进行讨论。
首先，我们将对盾构隧道施工中的地质灾害风险进行分析。
盾构隧道的施工过程中，地质灾害是难以避免的。
常见的地质灾害包括地层塌陷、地下水涌入、岩溶地质、地震等。
这些地质灾害会给隧道施工带来一系列的问题，如施工工艺被打破、盾构机损坏、工期延误等。
因此，对盾构隧道施工中的地质灾害进行风险分析至关重要。
为了进行地质灾害的分析，我们需要充分了解地质条件和工程环境。
通过勘探和实地调查，可以获得地质灾害的基本信息，如地层结构、地下水位、地震活动频率等。
结合盾构隧道施工的特点和工程要求，可以进一步分析地质灾害的风险。
在分析地质灾害风险的基础上，我们需要制定相应的防治措施。
首先，应该加强地质灾害监测，建立科学的监测体系。
通过安装地质监测仪器和传感器，及时获取地质灾害发生的信息，为工程施工提供准确的数据支持。
其次，应采取针对性的处理措施。
根据不同的地质灾害类型，采取相应的治理方法。
例如，对于地层塌陷，可以采取加固地层、引导水流的方法进行处理；对于地下水涌入，可以采取封堵、抽水等措施进行处理；对于岩溶地质，可以采用喷锚等方法进行固结处理。
此外，在施工过程中，应加强安全管理和监控。
建立安全制度和应急预案，加强对施工人员的培训和教育，提高他们的安全意识和防灾意识。
对盾构隧道进行定期检修和维护，确保施工设备的良好运行和使用安全。
总结起来，盾构隧道施工中的地质灾害风险分析与防治措施研究是一个综合性的工程问题。
通过深入了解地质灾害的特点和施工要求，结合科学的监测和治理方法，可以有效降低地质灾害对盾构隧道施工的影响。
然而，地质灾害是一个复杂的问题，需要多学科、多层次的合作才能取得良好的效果。
盾构施工可靠性分析及问题诊断研究
盾构施工可靠性分析及问题诊断研究一、引言盾构施工作为地下隧道工程中重要的施工方法之一，具有高效、快速、环保等优点，被广泛应用于城市交通、水利、能源等领域。
然而，在盾构施工过程中，也存在着各种挑战和问题，例如设备故障、地质变异、施工过程管理等。
为了提高盾构施工的可靠性和效率，本文将对盾构施工的可靠性进行分析，并进行问题诊断研究。
二、盾构施工可靠性分析1. 盾构施工可靠性评估指标在进行盾构施工可靠性分析之前，需要确定一些可靠性评估指标，如平均故障间隔时间(MTTF)、故障恢复时间(MTTR)、盾构机故障频率、系统可靠度等指标。
通过这些指标的衡量，可以客观评估盾构施工的可靠性水平。
2. 盾构施工可靠性分析方法（1）系统可靠性分析方法：使用系统可靠性分析方法，考虑盾构机、控制系统、刀盘等各个子系统之间的相互作用，评估整个系统的可靠性。
（2）可靠性增长模型：通过收集与盾构施工相关的历史数据，构建可靠性增长模型，预测未来盾构施工的可靠性水平，为问题诊断提供依据。
三、盾构施工问题诊断研究1. 盾构机设备故障诊断（1）故障模式识别：通过分析盾构机故障数据，建立故障模式库，并利用机器学习等方法，对新出现的故障进行模式识别和分类。
（2）故障原因分析：对已经发生的故障进行原因分析，找出导致故障的主要原因，为后续的故障预防提供参考。
2. 地质变异问题诊断（1）地质勘探：加强对盾构施工区域的地质勘探工作，提前了解地质条件，避免盾构施工中的地质意外事件。
（2）地质数据分析：通过分析地质数据，建立地质模型，为盾构施工过程中的地质变异问题提供预测和诊断依据。
3. 施工过程管理问题诊断（1）施工监测技术：利用传感器等技术手段，对盾构施工过程中的地表沉降、环境变化等进行实时监测，及时发现问题并采取相应的措施。
（2）施工数据分析：通过对施工数据的分析，找出施工过程中存在的问题，如施工进度延误、工艺不合理等，提出相应的改进措施。
四、结论通过对盾构施工可靠性分析及问题诊断的研究，可以有效提高盾构施工的可靠性和效率。
盾构穿越重大风险源风险及对策 ()篇
盾构穿越重大风险风险及对策 (2)盾构穿越重大风险风险及对策 (2)精选2篇〔一〕盾构穿越重大风险主要包括地质风险、施工风险和平安风险。
针对这些风险，可以采取以下对策：1. 地质风险：盾构穿越地层时，可能遇到复杂的地质情况，比方地下水、地裂缝、软弱地层等。
在设计阶段，应充分进展地质勘察和风险评估，确定适宜的盾构机型和控制参数。
在实际施工中，可采用先进的地质预测技术和监测手段，及时发现地质异常，确保施工的可靠性和平安性。
2. 施工风险：盾构施工过程中，可能会遇到隧道坍塌、地面沉降、泥浆失稳等问题。
为减少这些风险，施工前需制定详细的施工方案，并根据详细情况选择适宜的盾构机和工艺。
在施工过程中，应不断监测地表和隧道变形、岩土压力等指标，及时调整工艺参数，确保施工的稳定性和平安性。
3. 平安风险：盾构机施工中，平安事故可能带来严重的人员伤亡和财产损失。
为保障工人的平安，应制定详细的施工平安措施和应急预案，并进展全员培训和平安意识教育。
同时，加强现场监视和管理，确保相关人员严格按照平安规程进展操作。
在施工过程中，对机械设备进展定期检修和维护，确保其正常运行和平安使用。
综上所述，盾构穿越重大风险的对策主要包括地质勘察和风险评估、地质预测和监测、制定详细的施工方案和平安措施、加强现场监视和培训等。
只有充分考虑和控制这些风险，才能确保盾构工程的平安顺利进展。
盾构穿越重大风险风险及对策 (2)精选2篇〔二〕盾构作为一种地下隧道掘进设备，穿越重大风险时可能面临以下风险：1. 地质风险：盾构在地下穿行时会遇到不同类型的地质层，如岩石、土壤等。
地质层的变化可能导致盾构机遭遇困难，如阻力增大、地质变形等。
对策是在前期进展详细的地质勘查和分析，确保对地质层的理解，并针对不同地质层采取相应的措施。
2. 地下水风险：地下水位的升高会给盾构作业带来困难。
盾构机工作时需要排出大量的水，假设地下水位过高，那么会导致水压增大，进而可能引发水涌、涌水灾害等问题。
盾构机施工中的风险分析与应对策略
盾构机施工中的风险分析与应对策略一、引言盾构机作为一种先进的地下施工设备，广泛应用于隧道、管道等工程的建设中。
然而，在盾构机施工过程中，一些风险和隐患也时常出现，可能导致工期延误、工程质量下降甚至损失人员生命安全。
为了确保盾构机施工的安全和有效进行，本文将对盾构机施工中的风险进行分析，并提出相应的应对策略。
二、盾构机施工中的风险分析1. 地质风险：地下地质情况的不确定性是盾构机施工中的重要风险源，包括岩土层的稳定性、断裂带和地下水位等问题。
如果地质风险得不到有效处理和防范，可能导致盾构机卡钻、坍塌等事故。
2. 设备故障：盾构机作为复杂的机械设备，其各个部件的正常运行对于施工的顺利进行至关重要。
设备故障可能导致施工的暂停、工期延误和维修成本的增加。
3. 安全管理风险：盾构机施工需要有经验丰富、高素质的施工人员进行操作和管理。
如果安全管理不到位，可能导致人员伤亡和事故发生。
4. 施工质量风险：盾构机施工的质量问题可能会导致隧道的稳定性和使用寿命出现问题，严重影响工程的安全性和可持续性。
5. 环境保护风险：盾构机施工会产生大量的噪音、振动和废水等对环境的影响，如果不加以控制和治理，可能导致环境的破坏和污染。
三、盾构机施工中的应对策略1. 在施工前进行详细的地质勘察，了解地质情况，制定相应的施工方案和风险评估，采取合适的地质处理措施，如加固岩土层、处理断裂带和降低地下水位等。
2. 做好设备的定期检修、维护和保养工作，加强对盾构机设备状态的监测和管理，及时处理设备故障，确保设备的可靠运行。
3. 设立专职安全管理团队，建立完善的安全管理制度，制定详细的安全操作规程，加强安全宣传教育，实施严格的安全监控，确保施工过程中的人员安全。
4. 引入国际标准和先进技术，加强施工质量的监控和检验，建立质量控制体系，严格执行质量验收标准，确保盾构机施工的质量。
5. 按照环保法规要求，制定合理的环境管理措施，控制噪音、振动和废水等对环境的影响，加强环境监测和治理，保护周边生态环境。
浅谈盾构施工风险分析及应对
浅谈盾构施工风险分析及应对浅谈盾构施工风险分析及应对摘要：伴随着我国社会主义现代化建设的发展，我国隧道施工水平有了很大的提高。
隧道施工是城市化建设的重要保障，这将对我国的交通压力带来巨大的缓解作用。
从国际上来看，我国的隧道施工技术与欧美发达国家相比还是存在着一定的差距，体现在设备上的落后与技术上的不足。
在盾构法施工会出现一些风险因素，这就要求施工队伍通过有效手段来降低事故的发生概率，从而将风险性控制到最低。
关键词：盾构施工；风险分析；风险应对中图分类号： U455.43文献标识码： A盾构施工风险产生的因素作为六朝古都的西安拥有大量年代久远的古建，这些建(构)筑物的基础大多埋藏较浅。
因此，对西安地铁而言，湿陷性黄土地区地铁隧道如何减小施工对既有结构，尤其是既有建(构)筑物的影响非常重要。
建(构)筑物被看作是一个地基基础与上部结构密切作用的整体，其对外界变形影响敏感，与其它地区不同，湿陷性黄土地区建(构)筑物在结构上更具有复杂性和特殊性，对地表变形更加敏感，破坏机制更加复杂，一旦发生破坏将严重威胁人民生命财产安全。
(一)隧道施工地质的复杂性在隧道施工中，施工环境和工程地质十分复杂，其变动性较大。
在水利特别是在市政隧道施工的过程中会出现大量的水活动情况很多不可控因素，这对于隧道施工会带来很多技术上的困难。
城市中建设地铁，其发展情况从某种程度上会由于某些特定情况的限制会给勘察工作带来一定的困难，使得勘察数据与实际情况有所出入。
(二)建筑物结构复杂在地铁隧道的周围，建筑物结构十分复杂，相关部门也不能提供精确的资料，这样会增加施工的不确定性。
(三)施工准备工作不足在隧道施工前期没有做好相应的准备工作，这样会加大风险发生概率。
(四)隧道施工安全机制还需要改进隧道施工的安全管理机制还不够成熟。
(五)缺乏相应的专业施工人员在很多隧道施工中都会聘请普通务工人员，这些工作人员缺乏专业培训，无论是在理论知识上还是实践经验上都存在着不足，在人员管理上也存在着一定的缺陷。
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双模盾构穿越大埋深软岩施工卡机风险分析及研究孙峰梅【摘要】盾构/TBM在大埋深软弱地层掘进时,围岩收敛变形较大,盾构支护体系施作及时,容易挤压盾壳并导致盾构/TBM卡机,影响隧道的正常掘进施工.本文针对广佛环线东环隧道,利用数值方法分析了大埋深双模式盾构隧道有无支护条件下围岩的变形特征和围岩与盾壳的相互作用关系,探讨了大埋深软岩区段双模式盾构隧道卡机风险的控制和处理措施.研究结果表明,大埋深盾构隧道穿越软弱地层开挖时,支护越及时,围岩对盾壳挤压作用就越大,就越容易出现卡机情况;埋深越大,盾构开挖对围岩的扰动作用就越大,作用在盾壳上的法向应力也越大,导致摩擦力增大,卡机事故发生的概率大幅增加;针对大埋深双模式盾构施工的卡机风险,可以从超前支护、选择合适盾构机型、围岩扩挖三个方面进行控制和处理.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】6页(P98-102,145)【关键词】大深埋隧道;盾构/TBM;挤压大变形;卡机;数值分析;控制及处理【作者】孙峰梅【作者单位】中铁十九局集团有限公司北京 101300【正文语种】中文【中图分类】U455.41 引言在我国大规模工程建设过程中，地下工程蓬勃发展，出现了一系列深埋超长隧道。
而机械化程度高的盾构/TBM法因其施工速度快、安全性高等因素而成为深埋长大隧道施工的重要方法。
当盾构/TBM在深埋隧道穿越软弱地层时，将面临围岩大变形和盾构机卡机的施工风险[1]。
据统计，围岩挤压大变形及其导致的TBM卡机灾害占TBM重大事故的37%，是占比最大的地质灾害[2-3]。
对于盾构/TBM深埋隧道施工中的卡机风险问题，有许多学者和工程师进行了相关研究。
在对盾构/TBM隧道卡机机理分析方面，刘泉声等论述了深部复合地层围岩与TBM隧道的相互作用机理和施工安全控制及评价决策问题，分析了超千米深井巷道建设中TBM隧道卡机机理，即当TBM的推力无法克服围岩对护盾产生的摩擦阻力时，便会导致TBM护盾被卡。
同时，提出了一种监测护盾变形的方案及护盾受力的计算方法，针对TBM的卡机状态定义了四个等级并提出对应的处理措施[4-6]。
黄兴等分析了TBM开挖卸荷后的围岩挤压大变形力学特性，定义了深埋隧道围岩挤压大变形概念及其临界值，根据围岩挤压变形与开挖半径间的比值和挤压变形与扩挖间隙的比值这两个指标将挤压大变形划分为五个等级。
同时，基于围岩流变本构模型和TBM卡机事故预测分析理论，提出了挤压大变形和卡机数值计算方法，并分析了TBM不同时长停机状态下的卡机行为[7]。
温森等考虑围岩流变效应，建立了停机和连续掘进两种状态下TBM卡机状态判断模型，提出了预留变形和超前支护相结合时临界超前支护强度的计算模型，进行了TBM卡机控制措施的研究[8]。
吴迪基于三维蠕变地层-盾壳-结构数值模型，模拟盾构/TBM停机状态下因围岩流变而导致的卡机事故[9]。
在盾构/TBM卡机问题处理方面，薛永庆介绍了引汉济渭秦岭输水隧洞岭北工程TBM穿越断层破碎带时刀盘和护盾发生卡机后的脱困技术[10]。
王江分析了双护盾TBM施工中三种常见卡机形式的原因，总结了五种卡机脱困的技术，提出双护盾TBM卡机预防措施[11]。
尚彦军分析了昆明北部上公山隧道数次TBM卡机事故和护盾挤压变形的典型实例，介绍了工程中采用的人工扩挖旁洞、钢拱架支撑和超前导洞等处理措施。
景琦通过对敞开式TBM撑靴支撑力分析，提出了盾构在软弱围岩中掘进反力保障措施[12]。
如上调研可知，对于深埋软岩地质条件下的盾构/TBM，卡机风险是重要的施工问题。
目前对TBM卡机问题的研究较多，而对于深埋盾构隧道施工卡机风险的研究尚不多，且不同工程的软岩地质条件有很大差异。
因此，本文结合广佛环线东环隧道大源站-太和站区间工程，针对隧道穿越炭质板岩和砂岩软弱地层条件，开展大埋深双模式盾构隧道施工卡机风险分析，并提出相应的控制措施。
2 工程概况广佛环线广州南站至白云机场段是珠三角城际轨道交通的重要组成部分，线路起于广州南站，接入穗莞深城际铁路竹料站，全长约46.7 km。
东环隧道是该线路的重要工程，其中大源站-太和站区间隧道工程位于广州市白云区太和镇，为双线铁路隧道，主要采用盾构法施工，建筑长度6 804 m，盾构隧道总长6 144 m。
盾构隧道主体结构采用单层装配式通用管片环，并预留内衬施作空间。
隧道外直径8.8 m，衬砌管片厚400 mm，环宽1.8 m，采用“6＋1”分块模式，管片混凝土强度等级为C50。
隧址区多为丘陵与丘间谷地，属丘陵地貌，地势起伏较大，地面高程21～135 m，隧道埋深十余米至上百米不等，最大覆土厚度超过130 m。
且盾构隧道长距离下穿不同风化程度的片麻岩、炭质板岩、粉砂岩，围岩风化程度高、强度差异较大、渗透性差异显著。
工程采用单护盾TBM、土压双模盾构掘进施工，掘进机转换示意如图1。
图中所标1、2分别为双模转换口，是目前国内首次采用单护盾TBM＋土压平衡双模大直径盾构长距离穿越大埋深岩层，设计与施工难度极大。
图1 TBM与土压平衡双模盾构机3 盾构卡机数值计算分析为了预测不同埋深下东环隧道双模式盾构机在施工中的卡机风险，本文利用有限差分软件FALC3D对盾构施工行为进行数值模拟。
3.1 数值分析模型3.1.1 模型建立结合隧道的工程地质特点，针对隧道全断面穿越大埋深炭质板岩地层工况进行分析。
炭质板岩是一种典型的软岩，其结构呈层、片状，胶结差、强度低，流变属性明显，且流变下限应力值较低。
在大埋深高地应力条件下，盾构隧道开挖形成的低围压、高应力差环境使得盾构机极易发生卡机的风险。
本文中将岩体视为各向同性等效连续介质，但考虑炭质板岩在大埋深高地应力条件下的流变特性，采用的岩体物理力学参数如表1所示。
表1 岩体物理力学参数密度ρ/__(kg·m-3) 泊松比ν 弹性模量E/GPa______黏聚力c/kPa____内摩擦角φ/(°)______2710___________0.___________________________________24_1.02_1.69_3 7.4图2为本文建立的计算模型。
考虑数值计算的边界效应，模型的范围为(100×72×100 m)；计算时仅考虑地层的自重应力场，在模型 x、y、z方向分别施加对应的构造应力；在模型上表面施加垂直力模拟上部覆盖岩体重力作用，模拟不同埋深下的初始应力状态，并在模型四周及底面采用法向位移约束条件。
图2 三维模型计算时管片衬砌采用实体单元模拟，针对盾构超挖及壁后注浆等因素的作用，对其用等代层的方法进行考虑；同时，为了有效模拟盾壳与围岩的相对运动，模型中采用liner结构单元模拟盾壳。
模型中盾壳、壁后间隙、超挖部分的位置关系如图3所示，盾壳模拟的相关设置参数见表2。
图3 模型断面示意表2 TBM护盾物理力学参数长度L/m___内径r/m____厚度H/m____弹性模量E/GPa 泊松比ν____15____________________________________________________9.1_0.082120.23.1.2 模拟方法图4为东环隧道卡机分析模拟计算方法示意。
首先不考虑盾构隧道的开挖过程，一次性开挖隧道至模型中部，然后模拟盾壳、超挖部位、管片衬砌、壁后间隙的施作，最后计算分析在地应力场作用下围岩与盾壳的相互作用关系。
图4 模拟开挖示意图3.1.3 计算工况针对盾构隧道埋深的差异，本文设置了5种计算工况，分别为 H ＝80 m、100 m、120 m、150 m 及200 m。
通过分析各工况下围岩的变形特征和盾壳的受力变形行为，判断各工况下围岩与盾构的接触-挤压-摩擦相互作用关系，研究不同埋深条件下软岩盾构施工卡机风险。
3.2 卡机结果分析3.2.1 无支护条件下围岩变形分析不考虑盾壳、管片衬砌和壁后注浆层对围岩的支护作用，以拱顶位置处围岩为研究对象，得到盾构隧道开挖后其竖向变形曲线如图5示。
图5 无支护条件下围岩竖向变形纵向剖面(LDP)曲线由图5可知，在无支护条件下洞周竖向位移较大，且隧道埋深越大围岩竖向位移越大。
当埋深为200 m时，洞周围岩最大竖向位移为37.2 mm，远大于盾构开挖时通过扩挖预留的变形间隙20 mm。
因此围岩势必会与盾壳接触，对盾壳产生一定的挤压力并引起盾构卡机风险。
相较于矿山法隧道，盾构开挖时支护及时，限制了开挖引起的围岩应力释放，隧道支护体系承受了较大的围岩压力。
因此，现以如图4所示设置的3个监测点为研究对象，得到不同应力释放率下各监测点的竖向变形规律如图6所示。
图6 监测点竖向位移如图6，对于洞周围岩监测点A、B、C，在不同埋深条件下随岩体应力释放系数的增大，监测点的竖向位移逐渐变大，且监测点B位置处(盾壳尾部处)围岩的竖向变形最大。
隧道洞周拱顶位置处的围岩竖向位移随应力释放系数的变化规律说明盾构支护越及时，对围岩的扰动就越小，围岩应力释放系数越小，变形越小。
而对于盾构隧道，由于盾壳、壁后注浆层、管片衬砌等支护体系在隧道开挖过程中施作及时，限制了围岩的应力释放和变形，围岩与盾壳直接接触将围岩荷载作用在盾壳上，对盾壳产生较大的挤压力。
同时，图6的结果也表明对于盾构/TBM隧道，开挖时应合理设置超挖量，从而达到释放围岩压力和减小盾壳所受压力的作用。
3.2.2 围岩与护盾相互作用分析在实际盾构开挖过程中，由于刀盘半径大于盾壳半径会产生超挖的现象，当围岩的径向变形大于超挖间隙就会与盾壳接触，围岩变形荷载全部由盾壳承担。
本文仅模拟盾构隧道一步开挖过程，围岩荷载由盾壳、管片衬砌、壁后注浆层共同承担。
其中管片衬砌和壁后注浆层限制了围岩变形，而在盾壳范围内由于超挖的存在，允许围岩发生一定变形。
如图7所示为隧道开挖后盾壳范围内拱顶位置处围岩竖向变形曲线。
图7 有支护条件下围岩竖向变形纵向剖面(LDP)曲线对比图5、图7知，在有支护条件下围岩与护盾的相互作用，拱顶位置竖向位移远小于无支护状态下的值，说明盾壳承担一定比例的围岩变形荷载。
不同埋深条件下围岩与盾壳的变形情况见图8。
盾壳用liner单元模拟，其位移为正值时表示发生沉降变形，反之为负值时表明为隆起变形。
由盾壳的竖向位移分布规律可知，由于受开挖面的空间效应作用，竖向位移从盾壳前端到盾壳末端依次增大；而盾构隧道开挖后洞周围岩拱顶位置发生一定的沉降，拱底位置发生隆起，且在管片衬砌已支护位置处沿隧道纵向洞周围岩的竖向位移差异性不大。
盾壳的变形越大，说明其所受到的挤压力作用越大。
因此针对盾构隧道穿越深埋软弱地层施工，应注意因围岩荷载引起的盾壳变形过大和挤压作用明显而产生的卡机问题。