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随着我国交通、水利等基础设施建设的快速发展,复杂地质条件下深长隧道采用TBM施工是最佳选择。开敞式TBM在穿越软弱地层时,由于侧壁围岩承载力不足会出现撑靴撑不住、围岩失稳等问题。为解决此问题,本文以辽西北供水工程(二段)施工四标为依托,通过数值模拟、理论分析和工程验证等方法对软岩地层主梁式TBM撑靴侧壁围岩的极限承载力进行了分析。论文的主要工作和研究成果如下:(1)通过大量查阅相关文献资料,对国内外TBM撑靴与侧壁围岩的相互作用的现有研究成果进行了分析和总结。总的来看,目前对TBM撑靴侧壁围岩极限承载力的研究比较匮乏,撑靴支撑力的预估主要依靠工程经验或者经验公式计算。(2)采用有限元和离散元耦合的数值模拟软件GDEM建立计算模型,参考现有经验公式以及现场实测数据选取计算荷载,分析了主梁式TBM撑靴侧壁围岩的变形规律,确定了软岩地层围岩的破坏模式为整体剪切破坏,破坏区域近似为两边小中间大的纺锤体,纺锤体靠近掘进方向一端稍短,远离掘进方向一端稍长。(3)根据GDEM计算确定的破坏模式,首先设定了侧壁围岩在撑靴作用下破坏面的几何形式,分析了破坏面上的应力分布;然后应用岩土体的塑性极限平衡理论,推导出了软岩地层主梁式TBM撑靴侧壁围岩极限承载力计算公式。(4)基于所推导的公式,对影响撑靴侧壁围岩极限承载力的6个因素(围岩的粘聚力、内摩擦角、极限承载力倾角、隧道的半径、撑靴的宽度和撑靴对应的圆心半角)进行了分析,结果表明围岩抗剪强度和撑靴与围岩接触面积为极限承载力的主要影响因素。(5)通过计算的TBM撑靴侧壁围岩极限承载力数值与现有经验公式和依托工程实测数据对比,撑靴承载力的安全系数(储备)一般在1.4～2.0之间,与现有相关规范的规定具有可比性,说明本文所推导公式的合理性。本文的研究结果对于TBM撑靴的设计及TBM在软岩地层掘进时承载力的选择具有重要指导意义。