砂土中盾构开挖面变形与破坏数值模拟研究

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1、第27卷第8期岩土工程学报Vol.27No.82005年8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.,2005砂土中盾构开挖面变形与破坏数值模拟研究11,21朱伟，秦建设，卢廷浩(1.河海大学岩土工程研究所，江苏南京210098；2.浙江省建筑科学设计研究院，浙江杭州310012)摘要：土压平衡式盾构施工中，开挖面支护土压力控制是保证掘进顺利进行的关键，利用能够考虑大变形的拉格朗日有限差分计算程序，对砂土地层土压平衡式盾构施工中开挖面支护应力不足引起开挖面的变形及破坏问题进

2、行了分析研究，探讨了隧道开挖面变形及破坏问题，为砂土地层中盾构开挖面控制压力的确定提供参考。关键词：盾构；开挖面；支护应力；数值模拟中图分类号：TU43文献标识码：A文章编号：1000–4548(2005)08–0897–06作者简介：朱伟(1962–)，男，教授，博士生导师，主要从事隧道盾构技术及环境工程研究。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]相关研究证明了砂土地层与粘土地层中开挖面破0前言坏模式有所区别，本文主要考虑砂土地层条件下开挖在城市市区内进行地铁、上下水管道、电力、通面稳定问题。信、输气、共同沟以及地下道路的隧道工程中，具有

6、随着计算机技术及仿真技术的发展，数值模拟计[5]施工机械化程度高、对周围环境影响小，施工快速等算可以模拟盾构法复杂的地下开挖施工过程，本文优势的盾构施工技术近年来得到广泛应用[1]。盾构施试图通过数值模拟计算来研究砂土隧道掘进中开挖面工对周围环境造成的影响与开挖面稳定程度密切相支护应力控制与开挖面稳定之间关系，为盾构隧道开关，施工中，开挖面的稳定是通过压力舱的支护应力挖面支护应力控制提供建议。得以实现的，开挖面支护应力过大将造成地表隆起破坏，而压力过小，容易导致地表沉陷甚至坍塌。在国1围岩变形模拟计算方法内城市地铁隧道

7、工程中，由于开挖面支护应力不当造盾构隧道施工开挖面稳定研究主要包括不同地层成的开挖面坍塌事故多次出现。条件下开挖面无支护或支护应力不够引起的开挖面坍盾构隧道是典型的三维问题，开挖面支护应力控塌破坏面形式研究，极限支护应力大小的确定及不同制不当对周围地基产生的影响与支护应力大小、围岩支护应力下盾构施工对周围地基产生的应力应变影条件及隧道几何状况等密切相关。同时，土压力盾构响。施工中，开挖面支护应力始终在一定范围波动，而且1.1问题特殊性及对数值计算的要求其变幅大小与压力舱内土体塑性流动性密切相关，这正常盾构掘进过程中，施

8、工引起的地基变形量较要求对土压式盾构开挖面稳定的研究不仅局限于极限少，此时采用小变形分析理论是适宜的。本文主要研状态下支护应力及破坏模式，而且要求考虑支护应力究盾构施工中开挖面支护应力控制不当所产生的开挖波动值对周围地基产生的影响。───────国内外学者通过物理模型试验对开挖面稳定问题收稿日期：2004–10–14898岩土工程