冯欢欢, 洪开荣, 王树英, 毛红梅, 陈桥, 聂红宾, 郑响凑, 冯志耀, 刘辉
铁道工程学报. 2026, 43(5): 56-66.
研究目的:随着我国城市地下空间开发与交通网络建设的快速发展,超大直径(≥14 m)土压平衡盾构的应用空间不断拓展。与小直径盾构相比,超大直径盾构掌子面稳定性控制难度显著增加,已成为制约安全高效掘进的关键技术瓶颈之一。本文旨在系统梳理超大直径土压盾构隧道掌子面稳定性领域的研究现状,归纳现有理论方法与技术手段的适用性及局限性,剖析影响稳定性的多因素耦合机制与潜在风险源,总结当前主要控制措施的特点与不足,进而为揭示超大直径盾构掌子面失稳机理、优化施工控制策略、推动智能化与精细化发展提供理论参考与技术支撑。
研究结论:(1)在破坏机理研究方面,形成了以极限分析、极限平衡和筒仓理论为代表的传统理论方法,以及有限元、有限差分和离散元等数值模拟技术,并结合基于主动卸载和动态掘进过程的模型试验方法,揭示了掌子面失稳的基本规律,但现有方法在刻画土体非均质性、动态施工过程及多场耦合作用方面仍存在明显局限;(2)在影响因素方面,土体物理力学参数与结构特征、地下水作用、施工参数以及盾构直径与埋深等因素对掌子面稳定性存在多重耦合影响,其中直径增大显著改变了应力传递路径与支护压力分布模式,对稳定控制提出了更高要求;(3)在风险分析方面,软土、砂土及复合地层等不良地质条件,以及土仓压力失衡、推进速度与刀盘转速不匹配、地下水活动、同步注浆缺陷和监测不到位等施工与管理因素,是诱发掌子面失稳灾害的主要风险源;(4)在控制措施方面,以土仓压力智能调控、渣土改良技术和地层加固技术为代表的稳定性控制方法已取得显著成效,渣土改良智能化、掘进参数协同联动及智能监测闭环控制正成为未来技术发展的重要方向;(5)本研究成果可为超大直径土压平衡盾构隧道的掌子面稳定性分析与控制提供理论支撑,并为相关工程的设计、施工与风险管控提供技术参考。