地铁盾构法施工地表沉降的数值模拟

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn地铁盾构法施工地表沉降的数值模拟*李安安，柏东良（中国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州221008）摘要：文章引入等代层概念，对地铁盾构施工的开挖和支护过程进行数值模拟，分析了隧道埋深、隧道直径、土体弹性模量、土岩界面位置等因素对地表沉降的影响。结果表明，地表沉降变化随土岩界面的位置不同而不同，地表最大沉降量隧道覆土埋深h和隧道外径D的比值h/D基本呈线性关系，随着弹性模量的增大，地表沉降呈逐渐减小趋势且受h/D的影响越来越小。关键词：盾构；地表沉降；数值模拟中图分类号：T

2、U433NumericalsimulationforgroundsurfacesettlementcausedbymetroshieldtunnelingLiAnan,BoDongliang(Collegeofarchitecturalengineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,JiangSuXuZhou221008)Abstract:Basedontheconceptoftheequivalentcircularzone,theprocessesofexcavateandsup

3、portinshieldconstructionweresimulated.Throughanalyzingtheinfluencesongroundsurfacesettlementcausedbytheburieddepth,tunneltunneldiameter,soilelasticmodulusandrockinterfaceofsurfacesubsidence,someincludeswereobtained.thewiththepositionchangeofearth-rockinterface,thegroun

4、dsurfacesettlementisdifferent,themaximumofthegroundsurfacesettlementhasthelinearityrelationswithh/DthatistheratioofthedepthoftunnelsearthinghandtunneldiameterD.Andwiththeincreaseoftheelasticmodulus,thegroundsurfacesettlementdecreasegradually,andtheeffectofh/Dbecomeless

5、.Keywords:shield;groundsurfacesettlement;numericalsimulation0引言盾构法隧道具有对周围建筑物影响较小、适应软弱地质条件、施工速度快等优点，在地[1]下工程中已得到广泛应用。尽管该法已经发展的很成熟，但在施工中不可避免的对土体产生扰动，引发不同程度的地层位移和变形(通常表现为地表沉降)，当地层位移和变形超过一定限度时，就会危及周围邻近建筑物及其基础和地下管线的安全，引起一系列岩土环境工程[2]问题，甚至带来严重的经济损失和社会影响。因此如何合理的控制地表沉降，一直以来都是大家

6、所关心的期待解决的问题。国内外众多学者研究指出，盾构法修建隧道引起地层位移和地表沉降的主要原因是因施工过程中的地层损失、地层原始应力状态的改变、衬砌结构的[3]变形、土体的固结和次固结作用等，其中地层损失是主要原因，本文针对地层损失这个原因，对地铁盾构施工地表沉降进行数值模拟。利用大型有限元分析软件ANSYS建立二维模型，模拟隧道的开挖和支护过程，分析研究地表沉降影响因素对其影响。作者简介：李安安（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向：城市地下工程.E-mail:lianancumt@126.com-1-中国科技论文在线htt

7、p://www.paper.edu.cn1物理模型1.1物理模型假设1、地表面和各地层均呈均质水平层状分布；2、忽略地下水的渗透作用，土体变形与时间无关，即不考虑土体的固结和蠕变作用，只考虑地层损失的影响；3、假设土体为均质各向同性弹性体；4、初始地应力只考虑岩土体自重应力，不考虑岩土体构造应力1.2有限元物理模型的建立建立坐标系，y轴向上，x轴为水平方向，隧道中心点为坐标原点。取模型上表面为地面，坐标为+15m，下表面取至-33m，约为5D，x轴方向取至33m，约为5D。考虑到盾构隧道及其开挖土工环境的对称性以及模型单元的适量，故

8、取隧道的一半建模，所建立的有限元模型见图1，该模型尺寸为33m×48m，共有488个单元。引入等代层的概念，根据表1的材料参数建立基本的有限元模型，然后在此基础上改变其中某个参数分析其对地铁盾构施工地表沉降的影响。用plane42单元