海相软土盾构隧道围岩受力状态方程及其耦合求解方法

孙胤栋，刘晓玉，张 恒，刘亚军，武 科^*

(山东大学 土建与水利学院，山东 济南 250061)

摘　要：　海相软土因其高压缩性、低强度及结构性脆弱等特征，在盾构隧道施工扰动下极易产生大范围塑性变形与地表沉降，严重威胁工程安全。为此，该研究基于弹塑性力学与极限平衡理论，构建了适用于海相软土的围岩受力状态方程，并提出“对数螺旋破坏面参数化-分区控制方程积分化-界面约束条件-Newton-Raphson迭代-有限元校准”的半解析-数值耦合方法求解框架。通过理论推导和算法实现，获得环向应力分布与塑性区半径的解析-数值统一解，并以深圳地铁某线某盾构区间为工程背景进行验证分析。结果表明：支护压力对围岩稳定性具有决定性作用，塑性区半径随支护压力增加呈现非线性衰减规律，并在0.15～0.20 MPa区间表现出最为敏感的“临界支护压力”特征;在该案例中，当支护压力超过0.23 MPa后，塑性区半径趋近隧道半径，继续增加支护压力对控制围岩变形的边际效益有限。与单一解析或数值方法相比，半解析-数值耦合方法既保证物理透明性，又兼具计算精度和工程适用性。研究成果可为海相软土盾构隧道合理支护压力确定及施工安全控制提供理论依据与实践参考。

关键词：　海相软土; 盾构隧道; 受力状态方程; 半解析-数值耦合方法; 支护压力

基金项目： 国家自然科学基金面上项目(52179106)

引文格式： 孙胤栋，刘晓玉，张恒，等. 海相软土盾构隧道围岩受力状态方程及其耦合求解方法[J]. 市政技术，2026，44(4)：55-65，96. (SUN Y D，LIU X Y，ZHANG H，et al. Stress-state equations and coupled solution methods for surrounding rock of shield tunnel in marine soft soil[J]. Journal of municipal technology，2026，44(4)：55-65，96.)