盾构隧道掘进数值模拟课件.ppt

《盾构隧道掘进数值模拟课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、盾构近距离隧道叠交施工数值模拟分析同济大学廖少明2004年1月目录一、研究问题简述二、计算方法三、土工试验四、有限元计算结果及分析五、施工隧道对已建隧道影响的研究六、盾构隧道地面沉降计算经验公式研究一、研究内容主要对下列问题进行深入研究：（1）隧道推进过程中的周围土体的移动规律及地面沉降规律（2）相邻隧道轴线位移规律（3）相邻隧道变形规律（4）土压力、注浆压力等对上述规律的影响（5）软土流变性对施工后土层和隧道应力、变形的长期影响。Back二、计算方法1、盾构施工过程的三维有限元模拟方法1.1盾构推进的模拟1.2有限元网格剖分1.3计算中考虑的主要影响因素2、计算程序3、材料本

2、构模型3.1邓肯-张E-ν非线性弹性模型3.2殷-Graham土体三维弹粘塑性模型Back盾构推进引起周围土体的变形机理图图中1、2、3、4、5分别代表五种不同的变形机理：1——由于盾构推进中正面土压力的不平衡而导致地层下沉或隆起，以及开挖面的崩裂；2——由于盾构外壳与土体之间摩擦而导致地层隆起；3——由于盾构姿态的变化引起地层损失而导致地层下沉；4——由于盾构推进后的注浆引起的地层隆起及下沉；5——由于以上四种作用，盾构推进后使周围土体产生超孔隙水压力和受到扰动而进行固结和蠕变导致地层下沉。①开挖面土体应力增加或释放。②盾构壳周围土体的剪切。③盾尾空隙及盾构刀盘外径大于盾构外

3、径引起的超挖。④盾尾注浆。⑤软粘土次固结。1.3计算中考虑的主要影响因素在本次分析计算中主要考虑了以下一些由于盾构推进引起隧道周围土体位移和地面沉降的影响因素：BackContinue1.1盾构推进的模拟假设盾构跳跃式向前推进，用改变单元材料类型的方法（刚度迁移法）来反映盾构的向前，同时施加相应的荷载。1、盾构施工过程的三维有限元模拟方法2、计算程序计算采用的三维有限元程序为ANSYS，MARC，FLAC等计算软件。根据盾构施工的特点，对盾构的推进、盾尾空隙与压浆等过程进行模拟，从而分析新隧道盾构对已建隧道的影响1.2有限元网格剖分将该分析区域的分为以下四段：水平平行推进段，由

4、水平平行向垂直平行过渡段前、后两段，垂直平行推进段。1.2有限元网格剖分（续1）：各段三维有限元网格1.2有限元网格剖分（续2）：有限元网格过渡情况示意3、材料本构模型本研究项目的计算中，土体本构模型主要采用了邓肯-张E-ν非线性弹性模型。混凝土管片和盾构机钢壳作为线弹性材料处理。流变计算采用了殷-Graham土体三维弹粘塑性模型。3.1邓肯~张E~ν非线性弹性模型四、有限元计算结果及分析1、隧道周围土体的位移场2、地表土体位移3、已建隧道管片变形和应力4、弹粘塑性模型计算结果5、新老隧道先后推进综合影响下的地面沉降Back1、隧道周围土体的位移场水平平行推进情况下纵、横剖面位

5、移矢量图2、地表土体位移水平平行推进情况下纵、横剖面地表土体沉降曲线3、已建隧道管片变形和应力2.60~3.202.00~2.59-0.50~-0.50-0.80~-0.50-1.99~-1.50-2.50~-2.00开挖面前方10m盾尾后方20m5、新老隧道先后推进综合影响下的地面沉降Back五、施工隧道对已建隧道影响的研究1、假想新建隧道向已建隧道左下部过渡1）隧道周围土体的位移场2）已建隧道管片变形和应力2、施工隧道对已建隧道影响规律研究Back1）隧道周围土体的位移场1、假想新建隧道向已建隧道左下部过渡1）隧道周围土体的位移场（续）2)已建隧道管片变形和应力1.60~1

6、.800.80~1.20-0.50~0.50-1.10~-0.70-1.49~-1.10-1.80~-1.50Back2、施工隧道对已建隧道影响规律研究已建隧道管片沉降与压缩模量的关系（左右平行）已建隧道管片沉降与隧道埋深的关系已建隧道管片沉降与隧道埋深的关系（左右平行）已建隧道管片位移与隧道间夹角的关系已建隧道管片指向新建隧道方向位移与隧道间夹角的关系（间距4m）已建隧道管片最大位移与隧道间距离的关系已建隧道管片最大位移与隧道间距离的关系(新在上)已建隧道管片最大位移与隧道间距离的关系已建隧道管片最大位移与隧道间距离的关系(新在下)Back六、边界元分析方法Back盾构近距离

7、穿越施工力学解析（BEM)七弹性边界影响问题xyzodL地平面地平面Hh盾构S2S1已建隧道－0.6－0.5－0.4－0.3－0.2－0.10.00.1020406080100GWx/m间距为50m间距为5mz=10.0m间距为40m间距为50m间距为20m间距为10m实际工程中弹性边界的存在，会改变盾构推进时引起的位移场的分布。通过计算表明：当盾构向弹性边界推进时，土层中位移波逐渐向前推进的同时，位移波中的波峰逐渐升高，且在盾构与弹性边界的距离达到某关键值时位移达到最大值，随后波峰开始下降