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摘要
[目的]富水砂层是地铁盾构隧道常见的掘进地层，在土舱内外水压差作用下会发生渗流。因此，有必要研究渗流条件下，富水砂层盾构隧道开挖面临界支护压力的准确计算方法。[方法]采用三维有限元上下限极限分析法和Optum G3软件，对无渗流条件下的盾构隧道开挖面开展稳定性研究，通过主要参数敏感性分析，提出了不考虑渗流条件下的开挖面临界支护压力计算方法。考虑土舱内外水头差引起的渗流作用，采用三维有限元分析法和PLAXIS 3D软件，研究稳态渗流和流固耦合作用下富水砂层盾构隧道开挖面的失稳破坏模式。通过水头差、隧道埋深比和内摩擦角的敏感性分析，基于无渗流条件下的开挖面临界支护压力计算式，进一步提出了考虑稳态渗流条件下的开挖面临界支护压力计算方法。[结果及结论]所提计算式能够较为简便地确定富水砂层中盾构掘进的开挖面压力。对于不同的地下水状态，临界开挖面支护压力排序为：未发生渗流的临界开挖面支护压力>发生渗流的临界开挖面支护压力>干砂条件下的开挖面临界压力。当埋深比C/D<1、土体内摩擦角φ≤25°时，开挖面破坏区从拱底发展至接近地面处，容易发生浅层隧道冒顶破坏；当C/D≥1、φ>25°时，开挖面前方失稳破坏区局限于开挖面上方一定范围内，发生渗流时比无渗流时的破坏区域稍大。
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