盾构近接隧道施工过程对地表沉降影响研究

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1、盾构近接隧道施工过程对地表沉降影响研究　　摘要：本文旨在以某地地铁一号线近接盾构隧道施工为背景，通过有限元软件MIDAS-GTS对盾构隧道近接施工过程进行三维数值模拟分析，分析隧道近接施工过程对地表沉降的影响。关键词：盾构、平行、近接、施工过程、地表沉降Abstract:Inthispaper,wetaketheshieldtunnelapproachingconstructioninSuzhouSubwayLineNo.1asprojectbackground.Usethefiniteelementsoftwaret

2、ocarryout3Dnumericalanalysisofapproachingconstructionofshieldtunnel.Analysistheeffectsontheearthsurfacesettlementbyapproachingconstructionprocess.Keywords:shieldtunnel;parallel;approachingconstruction;constructionprocess;earthsurfacesettlement中图分类号：TU74文献标识码：A文章

3、编号：0引言7随着我国都市化进程的加快，城市地下轨道交通不断发展与完善，由于水文地质条件和周围环境的限制，地铁与地铁以及其它地下工程相邻、相遇、相交的机率大大增加，带来了大量近接施工相互影响的问题。本文旨在以某地地铁近接盾构隧道施工为背景，通过有限元软件MIDAS-GTS对盾构隧道施工过程进行模拟，分析隧道近接施工过程对地表沉降的影响。1基本参数某地地铁一号线盾构隧道结构采用装配式C50钢筋混凝土管片衬砌，错缝拼装，盾构管片外径6.2m，管片内径5.5m，厚0.35m，管片环宽1.2m。图1管片拼装形式图2管片整环构造

4、本文采用MIDAS-GTS有限元法进行分析。模型所用的的地层和材料参数如表1所示。表1地层和材料参数2、有关假定和计算前提计算模型为三维有限元模型，模型纵向长24m，横向宽60m，竖向36m，隧道顶部覆土11m。计算相关假定与计算前提有：（1）由于工程影响范围不大且附近地层变化平缓，假设工程所在位置各地层（包括地表）均呈匀质水平层状分布；7（2）小变形假设：就研究对象土体、施工技术水平和施工变形控制等条件而言，盾构顶推施工所引起的地表变形应属于小变形问题；（3）地层弹塑性模型假设：围岩土体为非线性材料，盾构法施工对围岩

5、稳定性扰动较小，土体一般不出现极限破坏变形，且应力、应变水平较低，属弹塑性连续变形；计算中对隧道所处地层土体采用理想弹塑性模型模拟，用实体单元模拟，并采用摩尔——库仑屈服准则和相关关联流动法则，同一土层为各向同性；土体与结构之间由位移来协调，忽略土体与盾构和衬砌之间的相互滑动，从而避免了复杂本构模型中各类参数较难取得等难题；（4）盾构每推进步长即每环衬砌步长，均等于管片环宽度1.2m，管片衬砌采用shell单元、线弹性材料模拟；（5）盾构隧道施工对周围土体的影响是一个渐变的过程；一般情况下，盾构刀盘在挤压土体时以3cm

6、/min的速度掘进，速度较慢，掌子面土体将不会产生过大的挤压或坍塌变形；掌子面后方衬砌管片环拼装时时进行，盾构壳体与围岩土体的相互作用主要是水平摩擦阻力，该阻力应力水平较为恒定并将在一定程度上对围岩产生扰动；计算中忽略该摩阻力，并保持掌子面顶推力为一定值；在本模型中，开挖面支护压力采用动态施加的方式在每步施加，以均布压力的方式施加在开挖面上；7（6）壁后注浆层环状假设：影响地层变形各因素中，土体及衬砌材料力学特性参数可通过试验测定，掌子面顶推力可人为调控；而受土体渗透性、疏密度、地下水、注浆压力等因素影响下的注浆层厚度

7、和形状较难量化；计算中假设壁后注浆层为一均质、等厚弹性圆环，其材料力学参数结合工程实际按水泥砂浆压缩弹性模量取定；（7）模型四周边界采用法向约束，下表面采用固定约束，上表面采用自由约束。3主要计算步骤根据盾构隧道施工的特点，采用三维有限元模拟盾构隧道的施工全过程，其主要步骤如下：（1）地层首先在自重应力下达到初始平衡状态；（2）各单元节点初始位移置零，向掌子面土体单元施加盾构顶推力，模拟土仓压力，以防止地表隆起或下沉；（3）“钝化”开挖隧道土体和隧道外层间隙土单元以模拟核心土体和盾壳土体开挖，间隙土层厚度包括盾尾操作间

8、隙和盾构壳厚度之和，激活盾构钢壳单元，向洞周节点反向施加洞周释放荷载，掌子面前行，形成毛洞；（4）“激活”相应位置的混凝土管片单元以模拟管片环拼装，同时钝化上一部激活的盾构钢壳单元；（5）激活管片外围的间隙土单元并用注浆单元属性代替原间隙土属性，模拟盾构通过集盾尾注浆过程，释放剩余应力；7（6）在计算至平衡后再进行下一步开挖，即每