浅论地铁隧道盾构法施工对周围环境影响的数值模拟

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1、河海大学博士学位论文地铁隧道盾构法施工对周围环境影响的数值模拟姓名：张海波申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：殷宗泽20050301摘要摘要盾构法已成为我国城市地铁施工中一种重要的施工方法，由施工引起的地面沉降及其对周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常关心的问题。本文运用三维有限元法对盾构法施工过程中引起的地层位移和地面沉降规律以及对临近已建隧道的影响进行了全面的研究，得到了一些有意义的结论。本文的主要研究工作包括：(1)分析了盾构法施工的主要环节和导致土层位移的主要原因以及已有盾构施工有限元模拟方法的优点和不足，对现有方法在模拟盾构淹工荷载方面存在的不足之处进行了改进，建

2、立了能够更加全面合理地模拟盾构施工过程的三维有限元模型。(2)编制盾构法施工三维非线性有限元程序，并运用编制的程序对盾构法施工引起的地层变位和地表位移情况进行了计算，分析了盾构施工引起的地层变形规律和地面沉降规律。(3)结合盾构施工三维有限元计算结果，对盾构隧道衬砌在施工期和竣工期的受力情况进行分析，并对不同拼装型式衬砌的受力性能进行了比较。(4)利用三维有限元对盾构施工过程中影响地面沉降的因素(隧道覆土厚度、隧道外径、开挖面应力释放量、地基模量、盾尾空隙填充率等)进行研究，提出了反映施工中各种因素的地面沉降预测公式。结合实测地面沉阶资料，对常用的地面沉降预测公式的适用性进行分析，并

3、提出修『E的建议。(5)运用三维有限元程序模拟了近距离叠交情况F新建隧道刘’已建隧道的影响，研究了相对距离、相对位置、盾尾注浆压力对隧道阍村I臣作用的影响规律。关键词：盾构隧道，有限元法，地层位移，数值模拟，地面沉降，拼装衬砌。lIABSTRA(了ABSTRACTTheshielddrivingmethodhasbeenoneofthemainconstructionmethodsinthemetroengineeringofourcountry．Thesurfacesettlementsandinfluenceonsurroundingenvironmentcausedbyshie

4、ldtunnelingaretheproblemshiglllyconcernedinthedesignandconstructionprocessofshieldtunnel．Thispaperusing3DFFMtostudythesoildisplacements，thesurfacesettlementsandtheinfluenceonthenearlyspacedtunnelduringshieldtunneling．Anumberofusefulconclusionshavebeengained．Themainworksofthispaperarelistedasfol

5、lows：(1)Themainconstructionaspects，themainfactorscausingsoildisplacementsandthemeritsandshortagesoftheexistingFEMsimulationmethodsofshieldtunnelinghavebeenanalyzed，AserialofmodifiedmethodswereproposedtOimprovementtheshortagesofexistingsimulationmethods．Anew3DFEMsimulationmodelwhichcanconsiderth

6、einfluencefactorsmorecompletelyandreasonablywasproposed．(2)A3DFEMprogramWascompiled．TheprogramWasusedtostudytherulesofsoildeformationandsurfacesettlementduringshieldtunneling．(3)Thebearingpropertiesofshieldtunnelliningbothintheconstructionstageandintheusingstagewerestudiedbasedontheresultsof3DF

7、EManalysisofshieldtunneling．Thebearingpropertiesofdifferentkindsofliningswerecompared．(4)Theinfluencefactorstothesurfacesettlementssuch嬲thedepthofoverlappedsoil．theouterdiameteroftheshieldtunnel，thereleasedstressatthecuttingface，t