近日，同济大学工程风险研究团队满建宏博士研究生、黄宏伟教授和北京交通大学的陈佳耀副教授、东华大学的王飞阳讲师以及法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的Daniel Dias教授在《Computers and Geotechnics》期刊上发表了题为“Stability evaluation model for the tunnel face of large cross-section tunnel excavated by the bench method”的研究论文，报道了钻爆法中台阶法开挖的岩石隧道工作面稳定性评估的最新研究成果。

隧道工作面的稳定性评估一直是大断面隧道施工中的一个重要问题，尤其是在山岭隧道施工中。然而，目前的研究主要集中于全断面开挖的方法，对于台阶法开挖的隧道工作面稳定性分析模型尚少。

为了对台阶法开挖的隧道工作面稳定性进行定量的评估，并给出合理的施工参数。本文首先建立了“双旋转中心-平移-旋转”的组合失效模型(图1)，并与数值模拟的位移场和速度场进行了对比验证，此外，将本模型在施工现场进行了应用，证明了本模型的正确性与实用性。随后，将开挖进尺纳入模型(图2)，进一步考虑了开挖进尺的影响。 

图1 台阶法开挖的隧道工作面稳定性分析模型

图2 考虑开挖进尺的隧道工作面稳定性分析模型

图3 台阶长度、台阶高度、开挖进尺对隧道工作面稳定性的影响

研究表明：在台阶法中，存在一个最大有效台阶长度，其值大约在隧道直径的1.1~1.3倍。如果台阶长度超过最大有效台阶长度，再增加台阶的长度并不会对隧道工作面的稳定性给造成显著影响，还可能由于台阶长度过大，导致隧道衬砌闭环的延迟，增加发生坍塌的风险。而此时可以通过增加台阶的高度，来进一步加强隧道工作面的稳定性。此外，开挖进尺选择的不合理也会导致隧道发生坍塌。本文的研究成果对隧道施工时的工作面稳定性评价和安全控制提供了可靠的依据，不仅可以快速的给出定量评估，还能给出合理的施工参数（台阶长度、高度和开挖进尺），促进了我国隧道施工的安全风险量化预测(图3)。

第一作者

满建宏 博士研究生

主要从事岩石结构稳定性与风险管控、开挖安全控制与智能决策等方面的研究

邮箱：1911383@tongji.edu.cn

第二作者和通讯作者

黄宏伟 教授

主要从事岩土及地下工程风险管控、工程结构新型健康监测和检测等方面的研究

邮箱：huanghw@tongji.edu.cn

第三作者

Daniel Dias教授

主要从事岩/土质隧道稳定性控制理论，多孔介质数值模拟等方面的研究

邮箱：daniel.dias@3sr-grenoble.fr

第四作者

王飞阳 讲师

主要从事岩土及地下工程防灾减灾等方面的研究

邮箱：wangfy@dhu.edu.cn

第五作者

陈佳耀 副教授

主要从事岩体复杂结构几何模型表征及建模、隧道结构信息分析与智能决策、岩体力学-几何模型与岩体力学性态关系等方面的研究

邮箱：jychen1@bjtu.cn

文献引用

MAN J, HUANG H, DIAS D, et al. Stability evaluation model for the tunnel face of large cross-section tunnel excavated by the bench method. Computers and Geotechnics, 2024,170:106311.

原文链接：

Stability evaluation model for the tunnel face of large cross-section tunnel excavated by the bench method - ScienceDirect

撰稿：满建宏

编辑：郭一力

校对：章艺严

审核：申轶尧