饱和砂土中盾构掘进引起地表变形的数值分析

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饱和砂土中盾构掘进引起地表变形的数值分析
第5期
2 数值模拟
2.1 模型选择 ABAQUS 共设有 12 种岩土本构模型，可以对不同的 岩土材料进行模拟［4］，具体包括 1 个空模型；3 个弹性模 型，分别为各向同性模型、横观各向同性模型、正交各向 同性弹性模型；8 个塑性模型，分别为应变硬化/软化模 型、双线性应变硬化/软化遍布节理模型、摩尔-库仑模 型、德鲁克-普拉格模型、双屈服模型、霍克-布朗模型、修 正剑桥模型、遍布节理模型。 本文模拟的地铁盾构区间位于郑州市东区，土体以 砂土和粉质黏土为主，以摩尔-库仑模型表征土体的本构 方程，主要研究地铁盾构掘进过程中地表的沉降和变形。 2.2 参数的选取 盾构隧道穿越饱和砂质土层主要为砂土和粉质黏 土，相关物理力学参数见表 1。各层土、盾构管片、同步注 浆加固圈、盾构机的主要物理力学参数见表 2。 盾构机参数参考海瑞克土压平衡盾构相关技术参 数，重量取 386.0 t。盾构管片为 C50 混凝土，按规范取相 关参数。由于管片接头对混凝土材料有一定的影响，将 管片刚度取折减系数 0.75 进行弱化处理。盾构管片壁后 同步注浆体，参照相关经验取值。 2.3 模型建立 计算模型的取值如下：沿盾构隧道掘进方向取 36.0 m （每环管片 1.2 m，共取 30 环管片），横向取 80.0 m。根据 所研究的该地铁盾构区间埋深情况，选取覆土厚度 9.0 m 的最不利工况隧道底以下的地层取 22.0 m，盾构隧道的 外圈直径 6.0 m，垂直方向取 37.0 m。在建立模型时，坐 标轴设置如下：横平面内的水平方向为 X 轴，隧道掘进方 向为 Y 轴，垂直向上方向为 Z 轴，为横轴（水平方向）。计 算模型共划分 24 900 个单元体，26 980 个节点。 在建模过程中，为了保证计算的准确性，混凝土管片 结构选用等参 8 结点的空间板壳单元，而盾构隧道的围 岩体选用等参 20 结点的三维实体单元，建立的三维模型 如图 2 至图 4 所示，分别为整体模型、盾构管片、注浆圈。
Abstract: In this paper, taking a shield project of Zhengzhou Metro as an example, considering the influence of groundwater seepage on the stability of the excavation face in the process of shield excavation in layered stratum, the ground deformation law of the shield section under traffic load was simulated by using ABAQUS software, and the simulation results were compared with the measured data analysis results of left DK34 + 896 section and left DK34 + 886 section in the section. The comparison results show that the settlement development law of the numerical analy⁃ sis is basically consistent with the measured results. Keywords: metro shield；numerical simulation；measured data；ground deformation；comparative analysis
体育中心站
左线 188 5.361 m
1#盾构机
龙子湖中心站
右线 188 7.199 m
2#盾构机
图 1 某区间平面位置示意图
266 m
收稿日期：2021-01-12 作者简介：高良（1987—），男，本科，工程师，研究方向：城市轨道交通工程施工技术管理。
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影响下，采用 ABAQUS 软件对交通荷载作用下该盾构区间的地面变形规律进行模拟，并将模拟结果与该区间
内左 DK34+896 断面和左 DK34+886 断面的实测数据分析结果进行对比。对比结果显示，数值分析与实测结
果的沉降发展规律基本一致。
关键词：地铁盾构；数值模拟；实测数据；地面变形；对比分析
中图分类号：U231
本文通过采用 ABAQUS 软件对盾构施工进行数值模 拟，预测施工过程中的地面沉降情况，得出相应结果，为
今后施工设计提供相应的理论基础。
1 工程概况
郑 州 市 地 铁 某 区 间 左 线 长 1 885.361 m ，右 线 长 1 887.199 m，线间距平均为 16.0 m，区间线路的纵坡 设计为“V”形坡，最大坡度为 26.8‰，最小坡度为 3.0‰。 区间隧道的最大埋深为 20.8 m，最小埋深为 11.1 m。该 区间采用盾构法施工，共投入 2 台盾构机。该区间平面 位置如图 1 所示。
总 739 期第五期 2021 年 2 月
河南科技 Journal of Henan Science and Technology
交通与建筑
饱和砂土中盾构掘进引起地表变形的数值分析
高良
（中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710054）
摘 要：本文以郑州地铁某区间盾构工程为例，在考虑盾构在成层地层开挖过程中地下水渗流对开挖面稳定
文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2021）05-0103-03
Numerical Analysis of Ground Deformation Caused by Shield Tunneling in Saturated Sand
GAO Liang
（China Railway First Group Co., Ltd.，Xi'an Shaanxi710054）
近年来，随着我国经济的发展，地铁因其高效、便利、 节省空间的特点被广泛修建于各大城市中。但同时，地 铁修建时遇到的种种问题也逐渐突显出来。盾构法被广 泛应用于地铁修建中，但由于地铁隧道埋深较浅，在盾构 掘进过程中难免会对地面产生影响，从而影响地铁附近 其他建筑，所以准确地预测和评估地铁隧道施工过程中 引起的地面沉降是非常重要的［1-3］。