近日，同济大学工程风险研究团队黄宏伟教授、张东明教授、华雨杉博士研究生在《Transportation Geotechnics》期刊上发表了题为“Longitudinal structural resilience of shield tunnel: Characterization and field application”的研究论文，报道了盾构隧道纵向结构韧性表征和现场应用的最新研究成果。

在长期运营过程中，盾构隧道容易受到不确定环境下邻近施工扰动的影响（如隧道穿越、基坑开挖、地面超载等）引发沉降变形。较大的不均匀沉降会导致隧道结构病害、运营中断甚至人员伤亡。因此，必须对隧道性能进行有效评估和控制，以确保其功能性和安全性。在传统的风险评估中，其重点往往放在特定的事件情景上，将后果作为系统属性的确定性或概率性功能进行评估，而不考虑系统的动态变化和适应性。随着地下空间开发环境愈加复杂化，地下工程全寿命周期的韧性得到了越来越多的关注。

本文考虑盾构隧道的整体差异沉降程度，提出了一种以纵向相对不均匀沉降程度作为隧道结构性能指标的新模型。如图1所示，阴影区域代表隧道实际发生的不均匀沉降面积，而黄色区域（沉降变形）和浅红色区域（隆起变形）为假定隧道以最大沉降（隆起）值发生均匀沉降的面积。面积比可以用公式（1）和（2）计算，然后通过公式（3）以初始性能值对各时间点的性能进行归一化。随后，本文将所提出的韧性分析模型应用于上海的一个大直径盾构下穿既有地铁隧道的工程案例（图2），并分析了隧道沉降与施工参数和盾构机施工距离的关系（图3）。基于隧道沉降监测数据，计算出隧道纵向结构性能演化曲线，并通过扰动期间隧道剩余性能的面积与相应时间内正常性能的面积之比计算隧道韧性指标（Re）。

研究表明，本文提出的盾构隧道纵向结构韧性的表征指标有效刻画了隧道在扰动和恢复过程中的性能演化特征（如图4所示）。隧道性能的演变过程可分为四个阶段：受盾构机推进扰动阶段、穿越后沉降持续发展阶段、注浆加固阶段、注浆后隧道沉降长期演变阶段，并采用线性回归分析法对隧道性能的散点数据进行拟合（如图5所示）。在最初的38天内，32.3%的性能损失归因于新建隧道下穿。注浆加固完成后，隧道性能从0.677提高到0.868，约占穿越期间性能损失的59.1%。同时，计算得出的韧性指标（Re）为0.764（＞0.75Re₀），表明本案例中注浆加固有效控制并恢复了隧道性能，该既有地铁隧道具有较好的韧性。此外，本文还讨论了基于隧道纵向沉降的其他性能指标，对比证明了所提出指标具有更优的合理性和适用性，为盾构隧道结构韧性评估提供了参考。

图1 盾构隧道纵向沉降相对不均匀程度性能指标定义

图2 现场工程案例概况：（a）新建隧道下穿既有地铁隧道工程地质剖面图；(b) 新建盾构隧道的施工距离示意

图3 既有地铁隧道沉降与新建隧道施工距离的关系

图4 基于现场数据计算的既有地铁隧道相对不均匀沉降性能

图5 既有地铁隧道相对不均匀沉降性能的变化：(a) 破坏阶段的性能；(b) 恢复阶段的性能；(c) 后期演化阶段的性能

第一作者

华雨杉 博士研究生

主要从事隧道结构韧性分析、隧道注浆加固研究

邮箱：2011136@tongji.edu.cn

第二作者

黄宏伟 教授

主要从事岩土与地下基础设施的安全风险

管控理论方法与多识智慧感知技术的研究

邮箱：huanghw@tongji.edu.cn

第三作者和通讯作者

张东明 教授

主要从事地下工程结构风险控制、地下工程结构计算模型不确定性、

地下工程围岩地层不确定性等研究

邮箱：09zhang@tongji.edu.cn

文献格式：

Hua Y, Huang H, Zhang D. Longitudinal structural resilience of shield tunnel: Characterization and field application, Transportation Geotechnics, 2024, 49: 101373.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2024.101373

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撰稿：华雨杉

编辑：陈轩杰

校对：章艺严

审核：申轶尧