砂土中盾構(gòu)開挖面變形與破壞數(shù)值模擬研究

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1、第27卷第8期巖土工程學報Vol.27No.82005年8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.,2005砂土中盾構(gòu)開挖面變形與破壞數(shù)值模擬研究11,21朱偉，秦建設(shè)，盧廷浩(1.河海大學巖土工程研究所，江蘇南京210098；2.浙江省建筑科學設(shè)計研究院，浙江杭州310012)摘要：土壓平衡式盾構(gòu)施工中，開挖面支護土壓力控制是保證掘進順利進行的關(guān)鍵，利用能夠考慮大變形的拉格朗日有限差分計算程序，對砂土地層土壓平衡式盾構(gòu)施工中開挖面支護應力不足引起開挖面的變形及破壞問題進

2、行了分析研究，探討了隧道開挖面變形及破壞問題，為砂土地層中盾構(gòu)開挖面控制壓力的確定提供參考。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；開挖面；支護應力；數(shù)值模擬中圖分類號：TU43文獻標識碼：A文章編號：1000–4548(2005)08–0897–06作者簡介：朱偉(1962–)，男，教授，博士生導師，主要從事隧道盾構(gòu)技術(shù)及環(huán)境工程研究。Numericalstudyonfacemovementandcollapsearoundshieldtunnelsinsand11,21ZHUWei，QINJian-she，LUTing-hao(1.Rese

3、archInstituteofGeotechnicalEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.ZhejiangAcademyof.BuildingResearchanddesign,Hangzhou310012,China)Abstract:Thefacestabilitycontrolisakeyoperationduringshieldtunnelexcavation.Thestudyofsupportingearthpressureinchamberta

4、kesamajorroleinthedesignofsuchkindofundergroundstructuresandmanycentrifugal-modeltestshavebeencarriedoutinrecentyears.AthreedimensionalfastLagrangiandifferentialfiniteelementmethodwhichcouldreflectthelargestrainbehaviorofmaterialwasemployedtosimulatethedeformati

5、onandfailureofexcavatedface.Basedonthenumericalanalysis,someinsightsweregivenanddiscussed.Keywords:shield;facestability;supportearthpressure;numericalsimulation[2~4]相關(guān)研究證明了砂土地層與粘土地層中開挖面破0前言壞模式有所區(qū)別，本文主要考慮砂土地層條件下開挖在城市市區(qū)內(nèi)進行地鐵、上下水管道、電力、通面穩(wěn)定問題。信、輸氣、共同溝以及地下道路的隧道工程中，具有

6、隨著計算機技術(shù)及仿真技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬計[5]施工機械化程度高、對周圍環(huán)境影響小，施工快速等算可以模擬盾構(gòu)法復雜的地下開挖施工過程，本文優(yōu)勢的盾構(gòu)施工技術(shù)近年來得到廣泛應用[1]。盾構(gòu)施試圖通過數(shù)值模擬計算來研究砂土隧道掘進中開挖面工對周圍環(huán)境造成的影響與開挖面穩(wěn)定程度密切相支護應力控制與開挖面穩(wěn)定之間關(guān)系，為盾構(gòu)隧道開關(guān)，施工中，開挖面的穩(wěn)定是通過壓力艙的支護應力挖面支護應力控制提供建議。得以實現(xiàn)的，開挖面支護應力過大將造成地表隆起破壞，而壓力過小，容易導致地表沉陷甚至坍塌。在國1圍巖變形模擬計算方法內(nèi)城市地鐵隧道

7、工程中，由于開挖面支護應力不當造盾構(gòu)隧道施工開挖面穩(wěn)定研究主要包括不同地層成的開挖面坍塌事故多次出現(xiàn)。條件下開挖面無支護或支護應力不夠引起的開挖面坍盾構(gòu)隧道是典型的三維問題，開挖面支護應力控塌破壞面形式研究，極限支護應力大小的確定及不同制不當對周圍地基產(chǎn)生的影響與支護應力大小、圍巖支護應力下盾構(gòu)施工對周圍地基產(chǎn)生的應力應變影條件及隧道幾何狀況等密切相關(guān)。同時，土壓力盾構(gòu)響。施工中，開挖面支護應力始終在一定范圍波動，而且1.1問題特殊性及對數(shù)值計算的要求其變幅大小與壓力艙內(nèi)土體塑性流動性密切相關(guān)，這正常盾構(gòu)掘進過程中，施

8、工引起的地基變形量較要求對土壓式盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的研究不僅局限于極限少，此時采用小變形分析理論是適宜的。本文主要研狀態(tài)下支護應力及破壞模式，而且要求考慮支護應力究盾構(gòu)施工中開挖面支護應力控制不當所產(chǎn)生的開挖波動值對周圍地基產(chǎn)生的影響。───────國內(nèi)外學者通過物理模型試驗對開挖面穩(wěn)定問題收稿日期：2004–10–14898巖土工程