盾構(gòu)近接隧道施工過(guò)程對(duì)地表沉降影響研究

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1、盾構(gòu)近接隧道施工過(guò)程對(duì)地表沉降影響研究　　摘要：本文旨在以某地地鐵一號(hào)線近接盾構(gòu)隧道施工為背景，通過(guò)有限元軟件MIDAS-GTS對(duì)盾構(gòu)隧道近接施工過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析，分析隧道近接施工過(guò)程對(duì)地表沉降的影響。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)、平行、近接、施工過(guò)程、地表沉降A(chǔ)bstract:Inthispaper,wetaketheshieldtunnelapproachingconstructioninSuzhouSubwayLineNo.1asprojectbackground.Usethefiniteelementsoftwaret

2、ocarryout3Dnumericalanalysisofapproachingconstructionofshieldtunnel.Analysistheeffectsontheearthsurfacesettlementbyapproachingconstructionprocess.Keywords:shieldtunnel;parallel;approachingconstruction;constructionprocess;earthsurfacesettlement中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章

3、編號(hào)：0引言7隨著我國(guó)都市化進(jìn)程的加快，城市地下軌道交通不斷發(fā)展與完善，由于水文地質(zhì)條件和周圍環(huán)境的限制，地鐵與地鐵以及其它地下工程相鄰、相遇、相交的機(jī)率大大增加，帶來(lái)了大量近接施工相互影響的問(wèn)題。本文旨在以某地地鐵近接盾構(gòu)隧道施工為背景，通過(guò)有限元軟件MIDAS-GTS對(duì)盾構(gòu)隧道施工過(guò)程進(jìn)行模擬，分析隧道近接施工過(guò)程對(duì)地表沉降的影響。1基本參數(shù)某地地鐵一號(hào)線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)采用裝配式C50鋼筋混凝土管片襯砌，錯(cuò)縫拼裝，盾構(gòu)管片外徑6.2m，管片內(nèi)徑5.5m，厚0.35m，管片環(huán)寬1.2m。圖1管片拼裝形式圖2管片整環(huán)構(gòu)造

4、本文采用MIDAS-GTS有限元法進(jìn)行分析。模型所用的的地層和材料參數(shù)如表1所示。表1地層和材料參數(shù)2、有關(guān)假定和計(jì)算前提計(jì)算模型為三維有限元模型，模型縱向長(zhǎng)24m，橫向?qū)?0m，豎向36m，隧道頂部覆土11m。計(jì)算相關(guān)假定與計(jì)算前提有：（1）由于工程影響范圍不大且附近地層變化平緩，假設(shè)工程所在位置各地層（包括地表）均呈勻質(zhì)水平層狀分布；7（2）小變形假設(shè)：就研究對(duì)象土體、施工技術(shù)水平和施工變形控制等條件而言，盾構(gòu)頂推施工所引起的地表變形應(yīng)屬于小變形問(wèn)題；（3）地層彈塑性模型假設(shè)：圍巖土體為非線性材料，盾構(gòu)法施工對(duì)圍巖

5、穩(wěn)定性擾動(dòng)較小，土體一般不出現(xiàn)極限破壞變形，且應(yīng)力、應(yīng)變水平較低，屬?gòu)椝苄赃B續(xù)變形；計(jì)算中對(duì)隧道所處地層土體采用理想彈塑性模型模擬，用實(shí)體單元模擬，并采用摩爾——庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則和相關(guān)關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則，同一土層為各向同性；土體與結(jié)構(gòu)之間由位移來(lái)協(xié)調(diào)，忽略土體與盾構(gòu)和襯砌之間的相互滑動(dòng)，從而避免了復(fù)雜本構(gòu)模型中各類參數(shù)較難取得等難題；（4）盾構(gòu)每推進(jìn)步長(zhǎng)即每環(huán)襯砌步長(zhǎng)，均等于管片環(huán)寬度1.2m，管片襯砌采用shell單元、線彈性材料模擬；（5）盾構(gòu)隧道施工對(duì)周圍土體的影響是一個(gè)漸變的過(guò)程；一般情況下，盾構(gòu)刀盤在擠壓土體時(shí)以3cm

6、/min的速度掘進(jìn)，速度較慢，掌子面土體將不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的擠壓或坍塌變形；掌子面后方襯砌管片環(huán)拼裝時(shí)時(shí)進(jìn)行，盾構(gòu)殼體與圍巖土體的相互作用主要是水平摩擦阻力，該阻力應(yīng)力水平較為恒定并將在一定程度上對(duì)圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)；計(jì)算中忽略該摩阻力，并保持掌子面頂推力為一定值；在本模型中，開(kāi)挖面支護(hù)壓力采用動(dòng)態(tài)施加的方式在每步施加，以均布?jí)毫Φ姆绞绞┘釉陂_(kāi)挖面上；7（6）壁后注漿層環(huán)狀假設(shè)：影響地層變形各因素中，土體及襯砌材料力學(xué)特性參數(shù)可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，掌子面頂推力可人為調(diào)控；而受土體滲透性、疏密度、地下水、注漿壓力等因素影響下的注漿層厚度

7、和形狀較難量化；計(jì)算中假設(shè)壁后注漿層為一均質(zhì)、等厚彈性圓環(huán)，其材料力學(xué)參數(shù)結(jié)合工程實(shí)際按水泥砂漿壓縮彈性模量取定；（7）模型四周邊界采用法向約束，下表面采用固定約束，上表面采用自由約束。3主要計(jì)算步驟根據(jù)盾構(gòu)隧道施工的特點(diǎn)，采用三維有限元模擬盾構(gòu)隧道的施工全過(guò)程，其主要步驟如下：（1）地層首先在自重應(yīng)力下達(dá)到初始平衡狀態(tài)；（2）各單元節(jié)點(diǎn)初始位移置零，向掌子面土體單元施加盾構(gòu)頂推力，模擬土倉(cāng)壓力，以防止地表隆起或下沉；（3）“鈍化”開(kāi)挖隧道土體和隧道外層間隙土單元以模擬核心土體和盾殼土體開(kāi)挖，間隙土層厚度包括盾尾操作間

8、隙和盾構(gòu)殼厚度之和，激活盾構(gòu)鋼殼單元，向洞周節(jié)點(diǎn)反向施加洞周釋放荷載，掌子面前行，形成毛洞；（4）“激活”相應(yīng)位置的混凝土管片單元以模擬管片環(huán)拼裝，同時(shí)鈍化上一部激活的盾構(gòu)鋼殼單元；（5）激活管片外圍的間隙土單元并用注漿單元屬性代替原間隙土屬性，模擬盾構(gòu)通過(guò)集盾尾注漿過(guò)程，釋放剩余應(yīng)力；7（6）在計(jì)算至平衡后再進(jìn)行下一步開(kāi)挖，即每