富水软土地层中管道隧道工作井抗浮稳定性研究

《Scientific Reports》：Anti-floating stability study of working shafts in pipeline tunnels within water-rich soft soil strata

　　

摘要

确保富水软土地区沿河管道隧道工作竖井在施工期和长期运营期的抗浮稳定性，是一项关键挑战。现有研究主要聚焦于一般地下结构的传统抗浮措施，忽略了利用底板压力注浆形成的土体加固体作为结构压重体的潜力，特别是对于受地下水位波动影响的深圆形竖井。本研究提出了一种新型被动抗浮措施——压重法，即在底板下方土层进行压力注浆。建立了经现场监测数据验证的三维有限元模型，系统研究了四个关键参数的影响：地下水位、注浆置换率、注浆深度和支护结构嵌固深度。结果表明，该方法能有效平衡浮力。当地下水位从洪水位降至最低水位时，抗浮安全系数提高了15.4%。注浆置换率的影响较小，而注浆深度和嵌固深度各增加8 m，安全系数分别提高了6.78%和4.82%。推导了多元回归设计公式，用于运营期快速进行稳定性评估。本研究为复杂水文地质环境下深竖井抗浮稳定性的评估与保障提供了一种经济的技术方案和可靠的设计工具。