近日，同济大学工程风险研究团队张东明教授、陈辉博士生和薛亚东研究员等在《Tunnelling and Underground Space Technology》期刊上发表了题为“Vulnerability analysis of shield tunnel segmental lining disturbed by adjacent deep excavations in soft soils”的研究论文，通过构建软土地区基坑开挖案例数据库，得到地连墙最大挠度分布，结合扰动数值模型与空间随机场法标定系统刚度与地连墙最大挠度的关系，采用拉丁超立方抽样选取典型数据，利用对数回归分析，建立考虑土体参数、扰动强度不确定性的隧道衬砌损伤演化模型，最终基于对数正态分布函数生成表征隧道损伤概率的易损性曲面。

随着城市地铁建设推动沿线开发，隧道常受邻近深基坑开挖、地面堆载及新建隧道穿越等工程扰动的影响。开挖卸荷引起的土体变形会直接影响隧道结构安全，进而威胁地铁运营安全。然而，现有研究大多基于特定案例的现场监测数据来评估邻近开挖下隧道的性能，所建立的易损性模型缺乏通用性，这是因为开挖扰动的不确定性易受诸多因素的影响，包括支护的性能水平、地层参数、基坑与隧道相对位置等，而支护系统的刚度也取决于许多因素，包括横向支撑的间距、地连墙刚度以及支撑的布局。因此，如何综合考虑开挖扰动的不确定性成为搭建易损性评估框架的关键。基于此，本研究采用随机有限差分法（RFDM）来校准地连墙最大挠度与系统刚度之间的关系，结合现场实测数据与数值模型，对开挖扰动下隧道衬砌损伤程度进行概率评估。

论文提出的邻近开挖扰动下隧道衬砌易损性评估框架（图1），考虑了土体参数和扰动强度的不确定性。方法包括以下步骤：首先，进行损伤状态与相应性能水平定义，构建土体参数随机场等准备工作；其次，收集软土基坑开挖案例形成数据库（图2），为量化易损性曲面提供监测数据；然后，建立有限差分模型模拟隧道对邻近开挖的响应（图3），并验证其有效性；通过随机有限差分法（RFDM）标定地连墙最大挠度与系统刚度的关系（图4）；利用拉丁超立方抽样从数据库选取典型数据反算系统刚度，进行大量数值计算，通过对数回归分析研究损伤指标（DI）与开挖扰动强度（EDI）的演化关系（图5）；最后，基于对数正态分布函数构建易损性曲面，量化隧道在开挖扰动下的损伤概率（图6）。

图1 邻近开挖扰动下隧道衬砌易损性评估流程

图2 地连墙归一化最大挠度实测值的统计分布

图3 深基坑开挖有限差分模型及边界条件: (a) 隧道衬砌; (b) 接头模拟; (c) 开挖与支护结构

图4 不同开挖深度下u_hm/H与lg(EI/γ_wh⁴)的关系: (a) H=12m; (b) H=16m; (c) H=20m; (d) H=24m

图5 不同开挖深度下DI – EDI (L_t, H_t) 的回归分析: (a) H=12m; (b) H=16m; (c) H=20m; (d) H=24m

图6 开挖深度H = 16m时, 以L_t和H_t计算的易损性曲面; (a) 轻微损伤; (b) 中等损伤; (c) 严重损伤

本研究建立了软土盾构隧道在邻近开挖扰动下的易损性评估框架，引入系统刚度概念以衡量支护性能，并通过空间随机场法结合扰动强度与土体参数不确定性，标定了墙体最大位移与系统刚度的关系。对损伤指标与开挖扰动强度的演化关系进行对数回归分析，并基于对数正态分布函数构建易损性曲面以量化隧道损伤概率。此外，补充的基坑开挖案例数据库可为连续墙变形预测提供数据支持。

第一作者

张东明 教授   主要从事地下工程结构安全风险控制

邮箱：09zhang@tongji.edu.cn

第二作者&通讯作者

陈辉 博士研究生   主要从事地层隧道相互作用机理与多灾害风险评估

邮箱：chen_hh@tongji.edu.cn

第三作者&通讯作者

薛亚东 研究员   主要从事岩石力学与工程、硬岩隧道掘进力学TBM和地下工程结构健康研究

邮箱：yadongxue@tongji.edu.cn

第四作者

张晋彰 博士后   主要从事不确定地层智能重构及隧道耦合解耦研究

邮箱：zhangjz@tongji.edu.cn

文献引用

Zhang, D., Chen, H., Xue, Y., Zhang, J., 2026. Vulnerability analysis of shield tunnel segmental lining disturbed by adjacent deep excavations in soft soils. Tunnelling and Underground Space Technology 167, 107033.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.tust.2025.107033

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供稿：陈辉

编辑：刘延哲

校对：王森

审核：申轶尧