midas GTS NX 地铁、隧道专题
基于MidasGTSNX的下穿既有道路隧道爆破控制技术
基于Midas GTS NX的下穿既有道路隧道爆破控制技术摘要：通过理论分析爆破应力波在浅埋隧道围岩内传播与衰减的规律，运用Midas GTS NX软件建模模拟及掌子面爆破试验相结合的方法限定爆破峰值振速，根据既有道路和隧道围岩监测数据优化爆破方案。
减小隧道每循环开挖进尺和调整单孔装药量，跳段选用第三系列毫秒雷管延时爆破。
监测结果表明既有道路路面并未产生较大变形，隧道拱顶下沉和周边收敛监测结果均未超过规范要求值。
关键词：大断面隧道；浅埋段；下穿既有道路；爆破控制1依托工程新建隧道的建筑限界高度净空为5m，净宽为14m，掌子面开挖截面积约为159㎡，属于大断面隧道范畴。
该隧道左洞和右洞的出口均位于坡脚处，出口段上面为某国道，其中左洞轴线与国道夹角为40°，右洞轴线与国道夹角为45°。
隧道与国道斜交处埋深较浅，左洞出口段仅6m，右洞出口段仅4m，左右洞距离仅34m。
此处开挖方式设计为交叉中隔墙法。
通过分析前人的理论、Midas GTS NX数值模拟和工程现场试验和监测结合的方式，进行有效地爆破设计和爆破方案优化，保证隧道穿越顶面既有道路时路面沉降在允许范围内。
3 数值模拟分析3.1 模型建立该隧道下穿国道段地质情况为强风化片麻岩，节理裂隙较发育，岩芯揭露为碎屑和碎块状形式，围岩条件差；现场查看发现存在偏压情况；右洞较左洞埋深浅2m。
结合以上条件，并考虑开挖爆破影响范围，故针对右洞下穿国道段建立模拟模型。
隧道建立的模型尺寸为上部取值4m，左边和右边取50m，下部取值40m，轴线方向长度取值37m。
隧道上面国道建立的模型尺寸为路面厚度取值0.8m、宽度取值11.78m，路基厚度取值1.2m。
交叉中隔墙法爆破开挖施工时，上部左右断面爆破开挖对国道影响较大，故需针对左上断面和右上断面分别建模。
模型Ⅰ针对右线左上断面，模型Ⅱ针对右线右上断面。
本次模拟基于Midas GTS NX有限元软件，模型Ⅰ、Ⅱ均采用摩尔-库伦模型。
MIDAS GTS-地铁施工阶段分析资料精
GTS 高级例题 1 - 1 2
GTS 高级例题1
GTS 高级例题 1 - 2
材料不同的部分以及需要按阶段来施工的部分都捆绑成网格组，便于管理。网格组的 名称如下。此例题里竖井定义6个，连接通道定义3个，主隧道定义15个施工阶段。然 后在开挖后的阶段生成锚杆及喷射混凝土。
主隧道 #001~015
竖井 #001~006
Soil
W Rock
S Rock 连接通道 #001~003
GTS 高级例题 1 - 3 此模型里的结构有锚杆,喷射混凝土, 混凝土面板等。其中只在竖井的开始部分的第 二阶段的施工阶段里设置混凝土面板,其它的部分都设置喷射混凝土和锚杆。
3
地铁施工阶段分析
4
使用的各属性的网格组如下所示。
类
属性 名称(ID)
直线, 旋转 / 39
生成网格
41
网格尺寸控制 / 41
自动划分实体网格 / 44
析取单元 / 46
自动划分线网格 / 48
重新命名网格组 / 53
修改参数 / 57
分析
58
支撑 / 58
自重 / 60
施工阶段建模助手 / 61
定义施工阶段 / 67
分析工况 / 68
分析 / 70
查看分析结果
71
3 土 莫尔库仑 5000 0.3 1.8 1.8 2.0 30 2.0 0.5
GTS 高级例题1
锚杆和喷射混凝土里使用的结构特性如下。
材料 ID
4 5 6
名称
弹性模量(E)
混凝土面板
2000000
主隧道/连接通道喷混
1500000
锚杆
20000000
GTS 高级例题 1 - Table 3
有关地铁隧道,衬砌设计,midas,围岩压力的摘要
有关地铁隧道,衬砌设计,midas,围岩压力的摘要
众所周知，地下工程所处的环境条件和地面工程是全然不同的，对于大跨浅埋隧道更是关系复杂，长期以来都是沿用以前的“经验设计”、“经验施工”和工程类比法来设计，随着城市轨道交通建设不断的发展，同时出现了很多问题，目前城市地铁直接关系到城市环境及其规划布局。
对于城市浅埋隧道工程设计、施工及后期安全运营的核心是围岩稳定性的分析评价。
本文借助于重庆市科技攻关项目，依托重庆正在修建的轨道交通一号线、三号线、六号线大跨车站隧道工程为研究背景，基于结构力学的知识，应用相似模型实验及数值计算结果，对山地城市大跨浅埋隧道的荷载模式、结构支护受力特性等方面进行研究，研究的主要内容如下：
①借助于国内的一些现有的资料，通过公式的一些推导，确定浅埋大跨地铁车站围岩压力，得到作用于初衬结构荷载的分布规律。
②通过推导的公式，应用于小什字隧道的某个断面，进行验算和校核，得到的结果与实际的相吻合，并可应用于工程实际，为以后的施工做预测指导。
③通过CD法和双侧壁导洞法的对比分析，得出比较适合于大跨
浅埋隧道的开挖方式。
通过压力拱理论，建立划分深浅埋隧道的标准。
midasgts简单例题
有限元分析在隧道施工中的应用姓名：学号：手机：邮箱：摘要TBM全断面施工是现阶段特别是地铁隧道施工的重要方式之一，其速度快，成型好，支护及时，得到广泛的应用。
隧道的开挖方式和支护永远是隧道施工的重点话题。
隧道类型分为很多，大体上可以分为山岭隧道，浅埋隧道以及水下隧道。
在条件允许时，TBM都可以用作以上隧道的主要施工方式。
而在城市隧道施工过程中，由于一般城市隧道埋藏较浅，而且上层多有建筑物覆盖，所以施工要求较高，一般选取TBM活着浅埋暗挖法进行施工。
而由于浅埋暗挖法施工工期长，施工难度大，故TBM施工称为首选。
MIDAS gts是专门针对岩土问题，主要是基坑，隧道，边坡和渗流，都能进行有效分析计算的商业有限元软件。
在此选取某市政工程的地铁隧道施工，利用MIDAS GTS进行施工阶段模拟。
关键词：TBM，midas gts,隧道盾构法施工简介TBM（Tunnel Boring Machine）-----全断面隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中应用正在迅猛增长。
软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。
采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。
这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。
TBM施工的优点：（1）快速。
TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。
（2）优质。
TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。
midasgtsnx隧道衬砌分析
Section 3
定义材料及特性
▶表. 结构材料
3.1 地基及结构材料的定义。
定义结构材料后，创建网格时，定义各单元上欲分配的特性。 结构构件使用的材料如下表。结构材料的情况下，模型类型勾选 [结构] 部分。
名称 材料 模型类型 弹性系数(E) 泊松比(v) 单位重量(r)
C27 各向同性 Elastic
• 在工作目录树 > 网格上选择墙体、拱顶、地板网格。
• 在右击鼠标 > 上下文菜单上，勾选显示 > 单元坐标系。
• 选择网格 > 单元 > 单元参数 > 一维表单。
• 在下拉菜单上选择 [修改坐标系]。
• 方向不同的各单元利用翻转方向(X-轴)设置使其拥有同一的方向。
Chapter 2. 隧道衬砌分析 | 7
是修改单元坐标系的过程。 单元坐标系是所有单元的构件力以及应力的输出标准，特别是规定梁单元的剪切刚性和抗弯刚性的输入方向的标准，所以
正确地理解这个概念非常重要。在和桁架或张力/压缩力受压单元一样，只拥有轴向刚性的单元的情况下，仅有单元坐标
系 x 轴有意义，虽然 y、z 轴没有意义但在图形屏幕上指定构件切面的配置方向时是有必要的。
(拱顶部 : 分割个数 20, 底板: 分割个数 20).
6 | Chapter 2. 隧道衬砌分析
Basic Tutorials
▶开挖隧道
Chapter 2. 隧道衬砌分析
▶创建网格(线)
▶▶创建的网格（节点）
*
: 网格 > 单元 > 参数 (Mesh > Element > Parameters)
Basic Tutorials
Chapter 2. 隧道衬砌分析
MIDAS-GTS在隧道和地铁工程中的应用
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小结：
在地下工程缺乏相应工程经验或者需要进行方 案选择的时候，利用数值计算软件，可以对工程有初步 和定性的认识，为工程设计提供重要参考。
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2 隧道及地下工程开挖对已有建筑设施的影响
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3 新建地下工程对已建地下工程的影响评价
（结合广佛地铁二、八线沙园地铁车站及曲线盾构隧道相邻建筑深 基坑开挖工程）
本工程地块位于广州市海珠区工业大道北十一橡胶厂内。地下室形状 为一不规则多边形，东侧是工业大道，其规划道路红线为40米；场地东南 侧临近已完成主体结构施工的沙园地铁站，东北侧临近广佛线地铁隧道。 南侧是榕景路，其规划道路红线为26米；西侧与26米规划路相接；北侧与 规划路相接。
图2-5 右洞开挖后的地层竖向位移图
11
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图2-6 围岩塑性拉应力区图
图2-7 围岩塑性压应力区图
图2-8 中隔墙最大压应力图
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图2-9 中隔墙最大拉应力图
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图2-1 联拱隧道整体模型
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图2-2 联拱隧道局部模型
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midas-gts-nx-建模教程-地铁施工分析
生成分析数据
属性
定义属性。先定义软岩属性号，然后再定义软岩材料参数。
1. 主菜单里选择模型 > 特性 > 属性…。
2. 属性对话框里点击
按钮右侧的 选择‘实体’。
3. 确认添加/修改实体属性对话框里号处输入‘1’。
4. 名称里输入‘软岩’。
5. 确认单元类型指定为‘实体’。
6. 为定义材料点击材料右侧的
GTS 高级应用例题 1 - 15
定义竖井喷混属性。这里竖井的材料使用上面定义的主隧道/连接通道喷混材料，然 后定义竖井喷混特性。
54. 添加/修改平面属性对话框里确认号处输入‘6’。
55. 名称里输入‘竖井喷混’。
56. 确认单元类型处指定为‘板’。
57. 参考图GTS 高级应用例题 1–16和表GTS 高级应用例题 1–Table 4重复步骤 37
6. 点击
。
7. 主菜单里选择视图 > 显示选项...。
8. 一般表单的网格 > 节点显示指定为‘False’。
9. 点击
。
1
高级应用例题
概要
这个操作例题中使用的模型如下所示。此模型的地形是由多个地层组成，且地层中含 有竖井和主隧道以及连接这两部分的连接通道。由于是左右对称的模型，所以只建立 整体模型的一半，按施工步将其适当的分割后进行施工阶段分析。
竖井 #001~006
W Rock
S Rock 连接通道 #001~003
GTS 高级应用例题 1 - 3 此模型里的结构有锚杆，喷射混凝土，混凝土面板等。其中只在竖井开挖部分的第 二、三个施工阶段里设置混凝土面板，其它的部分都设置喷射混凝土和锚杆。
3
高级应用例题
使用的各网格组的属性如下所示。
迈达斯GTSNX连接隧道
混凝土面板
2D 板 混凝土面板 TH=0.3
主隧道/连接 隧道喷混 2D 板 喷混 -
TH=0.15
竖井喷混
2D 板 喷混 -
TH=0.2
锚杆
1D 植入式桁架
锚杆 -
实心圆形 D=0.025
▶定义结构属性-混 凝土面板
▶▶定义结构属性-主 隧道/连接隧道喷混
▶▶▶定义结构属性竖井喷混
[单位 : kN, m]
名称 种类 材料
软岩 3D 软岩
风化岩 3D
风化岩
风化土 3D
风化土
Chapter 3. 三维连接隧道施工阶段分析|5
Basic Tutorials ▶定义岩土属性
▶结构属性
各结构构件的属性如下表。若定义了截面形状，则程序自动计算截面刚 度。
[单位 : kN, m]
名称
类型 模型类型
选择目标形状时，若使用左侧工作目录树上注册的几何组，则可以轻松的选择形 状。
* : 几何>曲面与实体>圆柱 （Geometry > Surface & Solid > Cylinder）
Chapter 3. 三维连接隧道施工阶段分析|13
Basic Tutorials
▶竖井建模
通过圆柱生成竖井。首先选择在工作目录树上注册的所有形状，右击鼠 标>关联菜单>显示模式上，选择仅线。（通过工具栏选项>显示模式（几何 形状）也可以修改显示形式。）
* : 几何>顶点与曲线>隧道 （Geometry > Point & Curve > Tunnel） 生成主隧道截面形状。通过顶点与曲线>隧道，可以快速生成各种隧道截 面形状及锚杆位置。
midas GTS-隧道专题
3、导入DXF 2D对话框点击“选择Autoc
ad的DXF文件”按钮。
4、在打开对话框里选择隧道几何模型。
5、选择要导入的DXF格式文件“梁单
2
元”。
6、确认导入的几何文件后，点击“打
开”按钮。
7、确认导入的DXF格式文件无误后，点
击“确认”按钮。
7、点击“确认”按钮
北京迈M达ID斯A技S 术IT有C限o.,公L司td.
度。 12、选择混凝土等级。
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13、确认无误后点击“设计”按钮，软
件就会根据前面计算的内力出计算书。
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7 12
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MIDAS/ GTS 培训教程
知识要点：
北京迈M达ID斯A技S 术IT有C限o.,公L司td.
今天我们主要培训两个方面的内容： 1、如何采用GTS进行隧道结构分析及设计。 2、初支和二衬在GTS里面模拟的几种方法。 如果大家对培训内容有什么疑问会后大家一起交流，如果对培训形式有什么更好 的建议请大家发邮件到：daijc@。
2
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阶段>定义施工阶段。
3、在定义施工阶段对话框
里选择“新建”按钮。
4、阶段名称输入“初始阶
段分析”。
5、阶段类型选择“施工”。
6、把隧道、围岩的单元、
一般约束的边界、自重荷
载拖入激活表单。
7、勾选位移清零
8、保存
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midas gts n二维隧道施工阶段分析
Basic TutorialsChapter 1. 二维隧道施工阶段分析二维隧道施工阶段分析1.1 学习目的隧道分析的主要目的是为了掌握特定设计及施工过程的可靠性及稳定性问题。
通过数值分析，识别隧道施工时在隧道周边发生的变形及下沉，综合分析喷射混凝土及锚杆的应力，可以在施工前预测施工时可能发生的问题。
分析上需要的输入材料有地面特征值、岩土的初始应力、支撑物特性值等，岩土的初始应力对隧道响应带来很大的影响，所以需要一边修改参数（侧压力系数）一边执行隧道的稳定性评估。
通过本例题可以学习如下主要功能及分析方法。
• 引入几何形状• 定义岩土/结构物性 • 网格设计• 初次支撑材料 喷混Shotcrete, 锚杆Rockbolt 的建模 • 修改物性(分析前, 分析中) • 定义施工阶段(勾选LDF) • 参数分析• 输出结果分析 – 施工阶段分析结果图及表。
Section 1学习目的及概要Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析Basic Tutorials1.2 模型及分析概要本模型是内部有一个隧道的山地地形的切面形状。
地层由上部分布4m 层厚的粉砂、下部为风化岩、二等级岩的地层构成。
在初始地应力状态上形成开挖后，设置初次支撑材料的喷混Shotcrete 和锚杆Rockbolt ，模拟喷混Shotcrete 硬化以后的阶段。
定义岩土及结构材料后，在创建网格时定义分配给各单元的特性。
▶ 分析切面Basic TutorialsChapter 1. 二维隧道施工阶段分析[启动附加的开始文件(01_1arch_start)]*: 分析 > 分析工况 >设置 (Analysis > Analysis Case > Setting)• 设置模型种类、重力方向及初始变量。
确认分析时使用单位制。
在建模过程及确认分析结果时可以修改单位制。
根据设置的单位制将自动换算输入参数。
• 本例题为二维形状，单位制使用SI 单位(kN,m)。
MidasGTS关于隧道建模助手使用详细说明
MidasGTS关于隧道建模助⼿使⽤详细说明关于隧道建模助⼿使⽤详细说明⼀、“⼀般”选项卡对话框中可以定义隧道截⾯形状、初始应⼒场岩层特性及基本岩层材料等，开挖⽅法中提供了全断⾯开挖和四种台阶式开挖法及导坑法开挖等⽅式，⾥⾯选项多为常规参数，可根据实际情况进⾏填写。
“喷锚”选项卡内可以定义喷射混凝⼟的材料特性、中隔墙喷射混凝⼟特性、锚杆材料特性及隧道断⾯周围锚杆的数量，长度及锚杆单元划分数量等，此界⾯上选项可根据实际情况填写，各个参数较为容易明确定义。
“挖掘”选项卡内可以定义开挖是采⽤单向还是双向，可以定义隧道开挖总长度及每次开挖进深及锚杆的位置等，其中“黄⾊覆盖区域”内的30@0.5,19@1,30@1.2代表隧道开挖过程中前15⽶每次进深0.5⽶，分30步开挖，中间19⽶每次进深1⽶，最后36⽶每次进深1.2⽶，在绿⾊覆盖区域内同时可以对每个开挖步的单元划分的数量进⾏定义，⽐如在⼀次0.5⽶的开挖过程中，这部分⼟体在划分⽹格时候是按照3等分进⾏划分的。
关于荷载分配的问题指的是荷载释放系数这⽅⾯的内容，具体请参照理论⼿册3施⼯阶段分析部分内容。
蓝⾊区域内可以定义锚杆的位置，包括程序⾃动定义和⽤户定义两种⽅法，当采⽤⽤户⾃定义时候可以在间距选项内⾃⼰随意定义，也可以在下⾯表格内进⾏更改。
四、“⽹格”选项卡⽹格选项卡中“深度”代表地基部分（蓝⾊⽹格部分）厚度，底部范围和侧向范围根据相关经验⽽定，⼀般底部边界适当即可，左右边界尽量维持在5-6倍D左右，strata1,strata2数值是相对基准标⾼⽽⾔，相关点绝对坐标在strata1,strata2数值基础上减掉基准标⾼值。
例如基准标⾼值为10，则可以理解为地层1的厚度减少10，然后地层1上边界及以上部分节点坐标均减⼩10。
关于地层的定义：x(m)是指沿着模型宽度⽅向的坐标位置，Value(m)是指不同x(m)点对应的标⾼，z(m)是指沿着开挖⽅向的坐标位置，offset(m)是指不同的Z(m)点的值，其值为相对于x(m)=0时候Value(m)值的变化率，其值存在正负。
Midas GTS操作例题列表
GTS操作例题列表:基础例题1 二维平行隧道施工阶段分析2 三维隧道施工阶段分析3 三维连接隧道施工阶段分析4 二维路堤施工阶段分析5 三维基坑开挖阶段地下水渗流分析6 铁路移动荷载分析7 三维基坑支护施工阶段分析8 桥台基础施工阶段分析9 二维衬砌分析高级例题10 地铁施工阶段分析11 铁路隧道Y型连接段施工阶段分析12 城市交叠隧道施工阶段分析实际工程列表1 公路隧道-断层带区段2 公路隧道-断层带区段3 公路隧道-洞门_端差4 公路隧道-洞门_无端差5 公路隧道-曲线隧道6 公路隧道-三维并行隧道7 公路隧道-避难所8 公路隧道-河谷区段9 公路隧道-联拱隧道10 护岸结构-防浪堤连接区段11 护岸结构-护岸墙连接区段12 铁路隧道-横穿上部公路隧道13 地铁隧道-管棚支护导坑法隧道14 基础-桥台基础15 其他隧道-U形隧道16 土坝17 堆石坝验证例题列表1 无限弹性体上的圆孔2 无限弹性体上的球腔3 横观同性无限弹性体上的圆孔4 莫尔-库伦无限体上的圆孔5 各向不同应力作用下无限弹性体上的直线圆形隧道6 弹性地基上的条形基础7 条形荷载作用下的弹性Gibson地基8 弹性半无限体上的圆形基础9 莫尔-库伦地基上的条形和圆形基础10 条形基础承载力(粘聚力随深度变化)11 屈雷斯卡地基上的正方形基础12 冲切问题中的塑性流动13 剑桥粘土和修正剑桥粘土模型的三轴试验14 基坑支护15 倾斜面上的隧道挖掘16 [稳定流] 三角形土坝17 [稳定流] 限制水流的截水墙18 [稳定流] 坝基截流19 [稳态] 水库粘土层20 [稳态] 无侧限大坝渗流21 [稳定流] 倾斜渗透22 [稳定流] 大坝竖直面(Muskat问题)23 [稳定流] 向河堤无侧限流动24 [稳定流] 隧道渗流问题25 [非稳定流] 水井径向流26 [非稳定流] 固结分析27 [非稳定流] 水库蓄水分析28 [非稳定流] 水位骤降分析29 [固结] Cryer’s问题30 [固结] 饱和土固结分析。
MIDAS GTS 算例隧道衬砌
操作例题 02. 隧道衬砌图 1 隧道衬砌例题模型利用FX+里提供的隧道截面模板及多样化的建模工程生成如图1所示的隧道衬砌模型。
由于此例题只是为了熟悉FX+的使用方法，所以其单位与尺寸并无实际意义。
建模方法移动工作平面为了建立二维隧道截面将工作平面移动到基准位置。
1. 关联菜单里选择移动工作平面…。
2. 移动工作平面对话框里选择基准面表单。
3. 工具条的选择过滤里确认指定为‘基准面’。
4.在模型窗口或者树形菜单的工作目录树中的基准里选择‘XZ-平面’。
(参考图2 )5. 勾选定义原点并输入‘0, -200, 0’。
6. 点击。
图2 选择工具条, 工作平面和树形菜单里关于基准的选择方法ÔFX+里当选择某个体时如果将鼠标放到个体上，个体就会自动亮显为蓝色，此时若点击左键就会选中该个体。
由于可以累加选择多个个体所以只要点击想添加的个体即可。
也可以通过其它方法像拖动模型窗口来进行选择，而且不单单在模型窗口里可以选择，在工作目录树里也同样可以选择。
解除选择时可以再选择一下或者点击 解除选择。
通常会设定为 选择状态，若未点击选择按钮是无法选择的。
在模型窗口中的空白处点击鼠标右键调出关联菜单。
基准XY-平面 平面YZ-平面树形菜单(基准)选择过滤(工具条)Ô通常情况下在模型窗口中显示整体坐标系(GCS)和单元坐标系(WCS)以及栅格。
整体坐标系的X, Y, Z轴分别显示为红、绿、蓝色。
在工作平面上可以通过点击关联菜单中的开关GCS三角标, 开关WCS三角标来进行显示及隐藏。
在模型窗口中调出关联菜单通过点击开关栅格也可以显示隐藏栅格。
Ô由于基准是成为各种计算和测量标准的点、轴、平面，是指定模型形状的几何位置的标准。
FX+里新建项目时基本上提供整体坐标系的原点、X、Y、Z轴及XY, YZ, XZ平面内的基准。
用户可以利用几何 > 基准的子菜单来定义新的基准。
二维隧道利用二维隧道截面模板在工作平面上建立2个隧道截面。
midas GTS NX 地铁、隧道专题PPT幻灯片课件
轴力 2792KN
计算模型
工程说明： 某地铁工程，考虑地震动对
车站的影响，需要进行动力计算。 场地地震等级为E2，重现年期 475年，对应概率水准为50年超 越概率10%的设计地震动参数。
计算模型各土层所采用参数 参考相应勘察报告。计算采用三 维地层-结构动力相互作用模型， 计算模型的侧面人工边界距地下 结构的距离为64.35m，底面人 工边界宜取至结构底板以下15m， 上部边界取至地表。模型尺寸为： 250*150*45，模型边界为粘弹 性吸收边界，其计算模型及结果 如下。
35.27
11
1
3
32 3
3 1 fx
4
61
zc 7 1
71
6 61
7
zc
7
7 1 c
7
PBA工法结构断面及地层分布（单位：mm）
工程说明： 某地铁线区间为大跨段，采用PBA工法施工。大跨段
PBA工法结构断面如图2所示。区间结构埋深约7.6m， 开挖面净跨15.4m，高10.405m。两侧小导洞净跨 3.6m，小导洞内施作Φ1200@2000人工挖孔桩，拱顶 施作Φ159×10大管棚，分部开挖扣拱，下挖至底板后 由下而上顺作二衬。
地基的刚度。地基弹簧系数可使用地基基床系数(Modulus of Subgrade Reaction)乘以相应节点的从属面积(Tributary Area)计算而得，应该注意地基只能抵抗压力的作用。
Midas GTS 基础教程 三维隧道施工阶段分析
基础例题2三维隧道施工阶段分析GTS基础例题2-三维隧道施工阶段分析运行GTS 1 概要 2 建模助手 6 一般表单/ 5喷锚表单/ 8挖掘表单 / 12网格表单 / 13结果数据表单/ 20分析24 查看分析结果26 应力等值线/ 27查看等值面 / 32查看切片应力 / 34查看剖断面 / 38输出结果/ 39GTS基础例题21GTS 基础例题2这个例题我们将使用GTS 提供的隧道建模助手建立单向和双向开挖的隧道三维模型并进行分析。
在后处理中，我们可以对于任意施工阶段按图形和表格的形式查看分析结果，还可以通过查看等值线、等值面、剖断面等多种方法对结果进行分析。
运行GTS运行程序并进行初始设定。
1. 运行GTS ；2. 点击文件 > 新建开始新项目；3. 弹出项目设定对话框；4. 在项目名称里输入‘基础例题 2’；5. 其它的使用程序设定的默认值；6. 点击；7. 在主菜单里选择视图 > 显示选项...；8. 将一般表单里网格 > 节点显示指定为‘False ’；9. 点击。
不使用栅格、坐标轴、基准时，可将其隐藏起来，以便于建模。
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)2 概要这个例题如下图所示，模拟的是一个处于不同岩土层内的隧道模型。
尽管对于不同的岩层、土层需要使用不同的材料来模拟，增加了建模的复杂性，但这里我们可以使用GTS 的隧道建模助手，只需通过输入一些主要参数，就可以非常快捷地建模。
GTS 基础例题 2-1土软岩硬岩GTS 基础例题 2-2GTS基础例题23岩层和土层的各项特性如下表：特性硬岩 软岩 土 类型MC MC MC 弹性模量(E)[tonf/m2]6e5 2e5 5000 泊松比(ν) 0.2 0.25 0.3 容重(Y)[tonf/m3] 2.6 2.5 1.8 饱和容重[tonf/m3] 2.6 2.5 1.8 侧压力系数 1 0.7 0.5 粘聚力(C)[tonf/m2] 300 20 2 内摩擦角（ϕ） 40 35 30 抗拉强化[tonf/m2]300 20 2GTS 基础例题 2-Table 1锚杆和喷射混凝土的结构材料特性如下表：GTS 基础例题 2-Table2锚杆和喷射混凝土的截面特性如下表：区分 类型 尺寸喷射混凝土板 厚度[m] 0.16 锚杆植入式桁架面积[m2] 0.0005067GTS 基础例题 2-Table 3特性 喷射混凝土 锚杆弹性模量(E)[tonf/m2]1.5e52.0e7 泊松比(ν) 0.2 0.3 容重[tonf/m3] 2.4 7.85 热膨胀系数(a)1e-6 1.2e-5三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)4 建模助手下面利用建模助手进行建模。
midas-gts-nx-建模教程-地铁施工分析
例题1.地铁施工分析
建立由竖井、连接通道、主隧道组成的地铁隧道模型后运行分析。 在此GTS里直接利用4节点4面体单元直接建模。
运行GTS
运行程序。
1. 运行GTS。
2. 点击 文件 > 新建建立新项目。
3. 弹出项目设置对话框。
4. 项目名称里输入‘高级应用例题 1’。
5. 其它的项直接使用程序的默认值。
GTS 高级应用例题 1 - Table 1
地基特性如下所示。
ID 名称 类型 弹性模量(E) 泊松比(u) 容重 (Y) 容重 (饱和) 粘聚力(C)
摩擦角( )
初始应力参数
1 软岩 莫尔库仑 200000 0.25 2.5 2.5
20 35 1.0
2 风化岩 莫尔库仑 50000 0.3 2.3 2.3 2.0 33 0.7
23. 添加/修改实体属性对话框里确认号处指定为‘3’。 24. 参考图 GTS 高级应用例题 1–8 ，图 GTS 高级应用例题 1–9和 GTS 高级应用
例题 1 - Table1, GTS 高级应用例题 1–Table 2 重复步骤4 到 20 的过程定 义‘土’属性。
GTS 高级应用例题 1 - 8
ㅡ
土竖井 #006
板 板 板 直线
混凝土面板 混凝土面板
竖井喷混 #005,006
(4)
(1)
主隧道/连接通 主隧道/连通 连接通道喷混
道喷混 (5) 道喷混 (2)
主隧道喷混
竖井喷混 竖井喷混 (5)
(3)
竖井喷混 # 001, 002, 003, 004
锚杆 (6)
锚杆 (4)
竖井锚杆 连接通道锚杆 主隧道锚杆
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与地层结构法的区别
地层结构法：
由于地层结构法相对荷载结构法，充分考虑了地下结构与周围 地层的相互作用。结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构 以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变 形更能符合工程实际。因此，在今后的研究和发展中地层结构
法将得到广泛应用和发展。
适用性强（各种地层、洞室，非线性，施工过程等）；缺点：本 构关系难以准确给出。输入参数不正确，则给出错误结果。
地震工况有水弯矩
地震工况有水剪力
工程说明： 隧道全长175m，其中暗
洞段长143m，属短隧道。
隧道最大埋深23m，地 质条件为Ⅴ级围岩，最 大开挖跨度32.2m，属 软弱围岩大跨隧道。
二衬弯矩 荷载结构法计算模型
二衬水平变形
中隔墙竖向位移
中隔墙水平位移
地层损失法计算模型
地层竖向位移
第一主应力
第三主应力
北京迈达斯技术有限公司
数值法、解析法可用于上列后3种方法的任意一种
计算模型：平面模型、空间模型
Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings
荷载结构法的定义
荷载结构法认为：
地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结 构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗 力） 以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的 方法称为荷载——结构法，该方法有时又称为 结构力学法。
6
1
6
施作Φ159×10大管棚，分部开挖扣拱，下挖至底板后
6
1
zc
7
71 7
1
zc
7
由下而上顺作二衬。
沿区间隧道走向，结构上部有多条管线，侧向有一小 型隧道。受影响较大的有Φ1000雨水管（距导洞拱顶径 向距离为7.8m）、Φ 1400上水管（距主洞拱顶径向距 离为6.0m）、700×500电信（距主洞拱顶径向距离为 6.8m）、Φ800上水管（距导洞拱顶径向距离为9.7m）、 1800×2300电力隧道（距导洞拱顶径向距离为9.1m）， 还有一些直径较小的天然气管和上水管。区间隧道与管 线及小型隧道的位置关系如左图所示。
性吸收边界，其计算模型及结果
如下。
GTS 计算结果
说明：为进一步分析车站穿越不均匀地层时地震反应，分别对车站结构纵向及横各进行构件分析。此报告中，只选取横向结 构某一截面（典型断面1）计算结果。
典型断面
绝对位移（断面1）
说明：通过读取所选择断面的横向位移，将时程分析得到的结构相对变形（取结构底板处变形为0），采用荷载、位移-结构 模型，对各构件进行强度验算。
弯矩 305KNm
剪力 323KN
轴力 2792KN
PBA工法（二衬顺作）边桩内力
工程说明：
某地铁工程，考虑地震动对
车站的影响，需要进行动力计算。 场地地震等级为E2，重现年期 475年，对应概率水准为50年超 越概率10%的设计地震动参数。 计算模型各土层所采用参数 参考相应勘察报告。计算采用三 维地层-结构动力相互作用模型， 计算模型的侧面人工边界距地下 结构的距离为64.35m，底面人 计算模型 工边界宜取至结构底板以下15m， 上部边界取至地表。模型尺寸为： 250*150*45，模型边界为粘弹
在节点的六个自由度方向（三个轴向的位移和三个转角位移方 向）上都可以输入弹性支承单元。其中，平移刚度为发生单位 位移时所施加的力的大小，转角刚度是发生单位转角时所施加 的弯矩的大小。 点弹簧主要用于模拟模型边界上没有建模的那部分土体或结构 的影响。
在实际工程中，平移支承通常用来模拟结构下部桩(Pile)或 地基的刚度。地基弹簧系数可使用地基基床系数(Modulus of Subgrade Reaction)乘以相应节点的从属面积(Tributary Area)计算而得，应该注意地基只能抵抗压力的作用。
工程说明：
为了确保直径线预埋段二次衬砌施工的安 全性，对预埋段的支撑拆除进行了施工力
左 线 中 线 轨面 右 线 中 线
学分析。计算的主要目的是分析支撑拆除
过程中边桩和未拆除的支撑（柱）的稳定
性，以确保施工过程中的安全。
钻孔桩?
施工工况：
1）拆除该段的临时柱或临时竖向支撑；
2）施工该段的仰拱；
断面图
工程说明： 某隧道（马德里30公里处）TBM-EPB技术应用。
主要目的是介绍一种基于有限元理论的3D数值计算方法，该方
法主要用来预测TBM掘进过程中的影响。
隧道、地铁结构设计方法及NX实现
地下建筑结构的设计计算方法一般分类
我国设计计算方法一般分以下4类：
工程类比法 （严格说并非计算方法） 荷载结构法：主动荷载、主动荷载+弹性抗力 地层结构法：共同承载，连续介质理论。 收敛限制法：属地层结构法，弹塑-粘性理论
48.47 48.17 47.37 46.57 46.27 3
1
3 3
2
PBA工法结构断面如图2所示。区间结构埋深约7.6m，
开挖面净跨15.4m，高10.405m。两侧小导洞净跨 3.6m，小导洞内施作Φ1200@2000人工挖孔桩，拱顶
fx
4
42.57 41.27 40.37 40.07 39.17 38.77
北京迈达斯技术有限公司
技术中心 邓成豪
工程说明：
工程包括14km隧道, 7 个车站和爆破形式实现，支 护形式采用喷锚结构，赫尔辛基地 铁站和区间线部分位于海平面以下， 地铁线多段位于市区（建有高层建 筑及重要结构物）下方。
位移云图
车站-管线-荷载计算模型
边界条件
模型>边界>支承
土分析时的边界约束条件: 一般岩土分析的地基约束如下图所 示，在左右两侧约束X方向的平动自由度在底部约束X、Z两个 方向的平动自由度。用户手动定义岩土的约束条件较为繁琐， 因此建议使用“考虑所有单元网格组”选项，由程序自动搜索 边界生成合适的边界条件。
THANK U
Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings
Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings
• 曲面弹簧可以自动生成固定约束边界条件，而弹性连接 还要自己手动生成。 • 仅压、仅拉弹簧不可以做施工阶段分析，而一般弹簧可 以做施工阶段分析。做施工阶段分析时可采用一般弹簧 代替仅压、仅拉弹簧：x向弹簧常量设为既定值，其余 弹簧常量设为0。 • 做结构荷载法分析时，用仅压、仅拉弹簧要注意结构是 不是非稳定情况。如图6所示要在合适的位置加一x向约 束。
临时结构计算 模型
3）拆除该段的水平支撑； 4）施工边墙和顶板。
拆除竖撑竖向位移：8.12mm
施作仰拱竖向位移：9.91mm
拆除横撑竖向位移：9.73mm
施作边墙竖向位移：12.44mm
桩的侧向位移
边桩和支撑轴力
边桩和支撑弯矩
工程说明：
1 50.87
1
1 3
某地铁线区间为大跨段，采用PBA工法施工。大跨段
37.17 7 35.27 7
1
zc
PBA工法结构断面及地层分布（单位：mm）
GTS 计算模型
二衬与管线位置 关系图
主洞二衬完成后的地表沉降 45.75mm
主洞二衬完成后的管线沉降（电力隧道 2.41mm）
主洞二衬完成后的支护结构沉降 主洞初支：74mm 边桩：11mm
PBA工法（二衬顺作）边桩水平位移：最大值10mm
Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings
如下图所示，在边长度为5m的两个正方形单元边界上建立面弹 簧，当输入100tonf/m3的地基反力系数时，第一个节点和最后 一个节点的有效面积为2.5m2，中间节点的有效面积是5m2， 弹簧刚度为地基反力系数乘以有效面积，自动计算的两端节点 和中间的弹簧刚度分别为250tonf/m、 500tonf/m 。