盾构法隧道的位移反分析及其工程应用_张云
水泥混凝土路面基层设计探讨
［ ］ 刘建 航 ， ４ 侯学渊． 盾构 法隧道 ［ ． 国铁道 出版社 出 Ｍ］ 中
力特性分析 ［］铁 道学报 ， ０ ：１ ３ Ｊ． ２ ２２ － ． ０ ４
版 ，９ １ １９ ．
［ ］ 张 云． ５ 盾构法隧道的位移 反分析及其工 程应用 ［ ］南 Ｊ．
京大学学 报 ，０ １ ２０ ．
［ ］ 周 文波． 构法 隧道 施工技 术 及应 用 ［ ． 国建筑 ６ 盾 Ｍ］ 中
工 业 出 版 社 ，０４ ２０ ．
度研究 ［］铁道标准设计 ， ０． Ｊ． ２ ０ ０
２ ３ 设计 分析 ．
３ 结束语
在水泥混凝土整体结构 中， 路面板 、 基层与地基 之部相互依存 ， 互为因果关系。基层作为路面板与 地基 之 间 的中 间结构层 次 ， 具有 调节 、 补充 路 面板 与 地基 之 间关 系 的作 用 ， 路 面整 体 结 构 比较 更 加 经 使 济、 合理 。因为基层材料种类很多 ， 它们的受力性质 与水 温 状况 变化 的敏 感程 度不 同 ， 因此 ， 程 实 际 中 工
度应 较 薄 ， 则 失 去 了 复合 基层 的 意 义 ， 压 混 凝 厚 碾 土 和 贫 混 凝 土 因 加 铺 时 须 保 证 一 定 的 厚 度 （≥ １０ ｍ） 显 得 不 经 济 ， 青 混 凝 土 比较 合 适 ， ０ｒ 而 ａ 沥 其
２ 水泥混凝土路 面结构设计
２ １ 设计 目标 ．
坏情况调查和维修使用经验表 明， 进人路面结构内 的水对 路 面基 层 的损 坏是 加速 道路 破坏 的 主要原 因
之一 。本 文对 水泥混 凝土 道路 路面 基层设 计 进行探 讨 ， 出修 正设计 的建 议 ， 提 供设计 及 施工参 考 。
盾构隧道位移控制探究
技术总结、论文申报评审表盾构隧道位移控制技术研究中铁十四局广州盾构分公司张智博内容摘要：从盾构隧道线路设计、盾构机设计制造及盾构隧道施工阶段管片姿态控制的角度分析掘进盾构隧道与设计隧道线路的关系，并结合我单位广州地铁三号线［汉－市］盾构工程使用盾构设备与工程实例。
本文可为盾构法隧道施工单位根据工程线路情况进行盾构机选型及施工过程控制盾构掘进姿态与分析成形管片隧道位移提供思路。
关键词：地铁盾构隧道设计线路位移控制施工1引言隧道施工有许多施工方法，选择合适的隧道施工方法对于安全而且经济地建设隧道是极为重要的。
盾构法施工地下隧道具有适应各种地层和不同埋深，对周围环境影响小，施工机械化程度高，掘进速度快，施工安全等优点，尤其适用于城市地下开挖工程。
随着盾构技术的日益完善，盾构法在欧、美、日等国家得到了广泛的应用。
中国盾构隧道始建于1965年，于北京始建中国第一条地铁。
目前，我国亦开始大量采用盾构法施工城市地铁。
已建成地铁的城市有：北京、天津、香港、上海、广州，南京、深圳在建，武汉、长春、沈阳、大连、杭州、成都、西安等城市都在准备上马轨道交通。
盾构施工工法目前已日趋成熟，但是盾构隧道发生位移超限的问题依然较为突出，尤其是与有关施工规范（＜地下铁道工程施工及验收规范＞（GB50299－1999））要求的盾构隧道位移存在一定的差距。
盾构隧道位移的控制技术是满足建筑限界的关键，从盾构机型、地质条件、盾构姿态、衬背注浆、线路设计方面进行了研究，对于影响盾构隧道位移的因素以及控制隧道位移的措施进行了阐述。
2工程实例广州地铁三号汉市盾构区间德国维尔特(WIRTH)-砝码通(NFM)Φ6280mm土压平衡式盾构机。
盾构机前体直径6280mm，盾构机长9500mm，总重320T，最小转弯半径250m。
盾构隧道外径6000mm，内径5400mm，圆形隧道建筑界限为5200mm，盾构隧道衬砌管片厚度300mm，环宽为1500mm。
浅析基于位移反分析法的隧道支护研究
浅析基于位移反分析法的隧道支护研究叶欣【摘要】在隧道的支护过程中首先考虑的是应力分布问题,由于围岩的复杂性,现今很难通过测量确定,特别是受不良地质条件影响,例如高地应力软岩隧道.而且目前还没有一个有效的方法来确定应力分布.为了弄清岩体应力分布,利用有限元理论,位移反分析方法,利用计算机有限元模拟平台,通过截面的支护结构的节点位移反求节点的力,进而求解应力,以此来确定地下隧道的应力状态,为隧道的再支护提供依据.以工程实践为例,通过位移反分析法来确定了围岩的应力状况,通过分析达到更优支护的效果.研究结果表明:通过对支护的位移的观测,建立模型,通过位移反分析法和有限元的技术,弄清应力状况,对工程质量问题提供防治措施及处理方案.【期刊名称】《福建建筑》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】4页(P87-90)【关键词】隧道;反分析;位移【作者】叶欣【作者单位】泉州市住房和城乡建设局总工程师办公室福建泉州362000【正文语种】中文【中图分类】U441+.5引言随着城市建设的不断扩大，修建城市道路往往以隧道的形式穿越山体，这样缩断了行程，改善了城市的交通环境。
开凿隧道，首选碰到的问题就是对岩体的支护，然而我们已经很难测量应力分布，无法确定应力场和围岩的力学参数，更不用说断层，褶皱等构造应力，应力情况错综复杂，而设计要求越来越高，工程师们更是无法入手。
以往的理论，利用弹性理论压力隧道模型，认为其上覆的荷载按上覆的岩土的自重应力近似，在直径的八倍的范围处忽略自重，如(图1)[1]。
而影响隧道围岩二次应力状态因素很多，如岩体的初始应力状态，岩体的构造，洞室的形状尺寸，洞室的埋深和开挖施工技术等[2]。
往常做法是在野外地质调查的基础上，在现场进行必要的岩体力学试验和地应力测试，再将测试结果用于理论计算。
另外应力的释放是通过四周的物体进行传播，因此受到物体的质量和形变速度影响，就要求力传感器足够小且柔软而不至于影响物体之间的相互接触[3]。
盾构隧道管片衬砌结构位移感知装置及其应用
盾构隧道管片衬砌结构位移感知装置及其应用盾构隧道是近年来城市地下交通建设的重要方式之一，它具有施工速度快、环保节能等优点。
作为隧道结构的重要组成部分，管片衬砌在盾构掘进过程中起到了支撑土体的作用。
而监测管片衬砌结构变形与位移等参数，是保证隧道安全、有效控制施工质量的关键措施。
本文介绍了盾构隧道管片衬砌结构位移感知装置及其应用，以期为盾构隧道施工的安全保障和质量控制提供指导。
本文首先简要介绍了盾构隧道管片衬砌结构的组成与施工原理，并指出了管片衬砌结构位移监测的必要性。
接下来，针对常规的管片衬砌结构监测设施存在的问题，本文提出了一种基于光纤传感技术的管片衬砌结构位移感知装置。
该装置主要由光纤传感单元、信号处理单元以及数据采集与管理单元三部分构成。
通过安装在管片衬砌结构上的光纤传感单元，可以实时监测管片衬砌结构的位移和变形情况，将数据传输至信号处理单元，进行数据处理和分析、生成监测报告。
数据采集与管理单元则负责数据的存储与管理，以便后续的数据查询与分析。
本文还阐述了该位移感知装置在盾构隧道管片衬砌结构位移监测中的应用。
实际工程中的监测结果表明，该装置具有精度高、反应速度快、安装方便等优点，能够准确监测管片衬砌结构的位移和变形情况，从而提供了实时、全面的结构监测数据，为管片衬砌结构的施工质量控制提供了有效手段。
此外，本文还对该装置的进一步优化与发展进行了讨论，提出了对装置的灵敏度和可靠性进行改进的建议。
综上所述，盾构隧道管片衬砌结构位移感知装置是一种有益于提高隧道施工质量和安全的新技术装备，具有广泛的应用前景和研究价值。
因此，加强对该装置的研究与开发，完善其技术体系和应用模式，将为建设更加安全、可靠的城市地下交通网络做出重要贡献。
关键词：盾构隧道管片衬砌结构；位移感知装置；光纤传感技术；施工质量；安全保障。
在盾构隧道工程中，管片衬砌结构是起着重要作用的关键部分。
随着城市地下交通网络的不断发展，人们对于管片衬砌结构的施工质量和安全保障越来越重视。
盾构法在隧道及地下工程中的应用
体系PMS
水利工程中的应用
穿黄隧道工程：双线平行隧道，隧道间距2m， 长度3000m，覆土厚度25~30m
土质条件：亚粘土、红色古土壤、钙质结核、 粉细砂、中砂：总体为松散、含水、地质条件 复杂
泥水平衡式盾构施工
衬砌管片设计
双层衬砌，内径7.5m，衬砌总厚度0.9m，外 侧管片衬砌0.45m，内层现浇混凝土衬砌 0.45m
泥水和浆液。
过公路隧道及城墙
对地板进行注浆预加固 避免抗拔桩设在盾构隧道通过段 保证通过段型钢全部拔除 将玄武湖隧道回填至地面标高 土舱压力设定略高于正面土体压力 在隧道底掘进时不宜过快，平稳穿越 避免盾构抬头 及时注浆充填 盾构过后根据测量数据进行二次注浆
地铁区间双圆盾构隧道
扩挖单线区间盾构隧道修建法托梁法半盾构法建成多条平行隧道的方法采用大型盾构机直接修建的方法以盾构隧道为拱座修建单拱结构的方法重庆主城排水工程由一条过江隧道南北两个竖井2座井口值班房和6扇污水控制闸门组成过江隧道内安设3条内径2m的输水管和1条内径08m的电缆管竖井采用厚06m的钢筋混凝土结构管片为c50s12预制钢筋混凝土管片外径632m内径562m每环8片输水管外径23m管节长5m管中间为5mm厚钢筒内外为模筑混凝土外层缠绕预应力钢丝喷射混凝土砂浆保护层接头部设2道密封止水严格控制掘进参数减少地层损失同步注浆尽早支承加强地表监测通过之前对盾构强制保养对刀具检查更换以求快速通过避免停机提前泥浆试配确保形成泥膜确保盾尾防渗效果对盾尾密封钢丝刷注入油脂及时同步注浆缩短浆液凝胶时间瑞士grauholz隧道通过地层除粘土细砂中砂卵石外还可能遇到强度200mpa尺寸达12m的砾石从保护水资源及环境出发不采用降水方法管片厚04m环宽18m每环7块错缝拼装接缝用phoenix防水垫圈采用复合式盾构既能在涌水软弱地层使用泥水平衡式又可在干燥硬岩中掘进敞开掘进模式采用泥水平衡盾构机时泥浆护壁维修时压气护壁水压大的环境中采用大型碎石机碎石然后由泥浆管道送往地面无水环境采用敞开式开挖碎石后输送机运渣上海城建集团第二市政工程有限公司承建的复兴东路越江隧道双管双向双层隧道圆隧道1214m岸边段长1571m隧道双层设计上层小车26m下层大车高4m平面线略显s型整个纵断面最大坡度小车道55大车道47竖曲线半径凹形2000m凸曲线1000m穿越地层为淤泥灰色淤泥质粉质粘土灰色淤泥质粘土灰色粘土灰色粉质粘土暗绿色草黄色粘土草黄色砂质粉土草黄色灰色粉细砂两台直径为1122m的泥水平衡式盾构高抗渗钢筋混凝土管片混凝土强度等级c50抗渗等级1mpa钢筋为hpb235hrb335环宽15m一环8块错缝拼装环间螺栓数目32螺栓直径30mm块间3个m36螺纹螺栓防腐蚀片间环间防水联络通道和泵房采用冻结法土体施工钢筋混凝土衬砌掘进速度稳定泥水仓水压稳定泥水送排畅通严格控制切削量和泥水指标探查切削面土体坍塌情况盾构壁后同步注浆采用双浆液凝固时间2s盾构进出洞加固冻结法加固土体旋喷桩强度高防渗性能好泥水系统泥水浆如同血液有缺点新型盾构泥水体系pms穿黄隧道工程双线平行隧道隧道间距2m长度3000m覆土厚度2530m土质条件亚粘土红色古土壤钙质结核粉细砂中砂总体为松
地铁营运期盾构隧道管片块位移响应分析
第9卷 第13期 2009年7月167121819(2009)1323684205 科 学 技 术 与 工 程Science Technol ogy and Engineering Vol 19 No 113 July 2009Ζ 2009 Sci 1Tech 1Engng 1建筑技术地铁营运期盾构隧道管片块位移响应分析邓飞皇(广东省惠州市建筑设计院有限公司,惠州516001;华南理工大学建筑学院,广州510640)摘 要 采用F LAC3D 三维动力计算软件,充分考虑接缝、管片分块和复杂地层等因素,对广州某埋置于软硬交错地层之中的盾构隧道在地铁营运列车振动荷载作用下各管片块位移响应问题进行深入分析。
结果表明,地铁列车一组组轮对的滚过所产生的加卸荷和振动效应导致各管片块的位移响应出现起伏波动现象,环底附近的管片块位移响应最大,自环底向环顶逐渐减弱,管片整环发生轻微垂向椭变响应。
管片块位移响应强度与其所处地层的性质紧密相关,在软土地层中管片环位移响应最大,其椭变最明显。
关键词 地铁营运 盾构隧道 管片块 位移响应 交错地层中图法分类号 T U41118; 文献标志码 A2009年3月23日收到第一作者简介:邓飞皇(1978—),男,博士,研究方向:建筑结构和地下结构。
E 2mail:dfhmail@ 近年来,以地铁为代表的城市轨道交通在我国发展迅猛,给人们的生活带来了极大的方便,但地铁运行振动引起的环境效应问题亦为人们广泛关注。
地铁运行以轮轨相互作用为动力源,通过隧道衬砌结构将振动能量传向四周地层,管片块成为列车动载的传播载体和关卡,因而对盾构隧道管片块振动问题的深入研究具有重要的意义[1],有不少学者在相关方面进行了研究[2—4]。
但已有研究大都没考虑管片接缝的存在,把衬砌环当整体考虑,这样会带来一定误差[1,5]。
本文所作研究则考虑了管片接缝这一重要因素。
广州地铁四号线呈南北走向靠近珠江入海口布置,穿越软硬交错复杂地层。
基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算
式 中 ：Ｐ 和 Ｐ ｃ 分 别为 土和水 压力 ， Ｐ ；ｋ 一１ ｋ ａ 一
Hale Waihona Puke 土压 力分析 ，提 出掘 进 面 土压 力 的理论 计 算 方 法 ，
收稿 日期 ：２ ０ —５３ ；修订 日期 ：２ １—３１ ０ ９０ —０ ０ ００ —５
基 金项 目：上 海 轨道 交 通 ７号 线 科研 课 题 项 目
中 图分 类 号 ：Ｕ４ ９ ３ ５． ：Ｕ４ ． ；Ｕ４ ５４ ：Ｔ ３ ５２ ５ ． ３ Ｕ４ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ
土压平衡 盾构 掘进施 工过 程 中 ，盾构 掘进 面土 压力 是直接作 用 于盾构前 方土 体 的应 力 。掘进面 土 压力 过大 ，前方 土体将产 生很 大 的隆起 变形 ，同时
摘
要 ：在盾构掘进过程 中，由于刀盘 的挤 压作用 ，土仓压力 不等于 掘进 面土压力 。为研 究二 者的关 系，
提出基于位移 反分析法 的盾构掘进面土压力计 算方 法。建立模拟盾构掘进的 ＡＮＳ ＹＳ三维模型 ，结合盾构前方土
体 （ 或构筑物 ）的实测变形数据 ，调用 Ａ ＹＳ ＮＳ 优化分析模块计算盾构掘进面土压力 。该方法 的适用区域为 ：位 移监测点位于主要受掘进面土压力挤压作 用区域 的土体 内。以上 海地铁 ７号线上行线 隧道斜下 穿既有地铁 ２号
１ １ 土仓 压力设 定 ．
工控 制参数 ，并认 为土仓 压力 与掘进 面土压 力是 相 等 的。但 由于掘进 面土压 力是仓 内土体 及刀 盘共 同
作用 的反映 ，掘进 面 土 压力 往 往 不 等 于土 仓压 力 。
土压平 衡盾构 平衡原 理 如图 １ 示 ，土仓 中的 所
压力须 与掘 进面 土体 的静 止 土压力 平衡 以维 持掘进
盾构隧道的反应位移法与抗震性能指标
道水平 中心轴线的夹角。
反应位移法概念清晰， 使用简便 ， 精度较地震系数
图中： ｌ 分别为作用于结构与土的界面的法线 岛、
法有较大提高。 但是土弹簧的刚度系数确定还存在一定
的随意性 ， 且各个土弹簧之间没有联系 ， 不能很好地体 现出地震时土体间的相互作用 。因此， 此法较有限元动
型地震和罕遇强烈地震； 根据具体情况 ， 按照隧道受损
情况提出了三级 ｝能要求（ 生 见表 １ 和表 ２。 ）
表 １ 盾构隧道的性能要求 及验算 内容（ ｔ Ｌ 地震动）
Ｔ ｂ ｅ １ Ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｈ ｃ ｉ ｇｃ ｎ ｅ ｔ ｆ ａ ｌ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｄ ｃ ｅ ｋ ｎ ｏ ｔｎ ｓｏ ａ
ｄ ｔｉ Ｂ ｓｄｏ ｃｕ ｌ ｏ ｄｔ ｎ ｎ ｅｌｅｔ ｅｅ ｃ ， ｄｃ ｓｄａ ｔｒ ａ ａ ｏ ｔ ｎ ｉｔ ｘ ａ ｄａ ｏ ｎ， ｅ ｅ ｌ ａｅ ｎａ ｔａ ｃｎ ｉｏ ｓ ｄｔ ｔｓｒｓａ ｈ ｔ ｉ ｉ ， ｉｍｅｅ ｉ ｔ ｎｒ ｅａ ｄｉ ｎ ｐ ｕ ｔａ ａ． ｉ ａ ｈ ａ ｒ ｗｏ ｎ ｅ ｖｌ ｉ ａ ｏ ｅ ｎ ｍ ｒ
图 ２ 纵 向反 应 位 移 法 计 算 图示
Ｆ ｇ ２ Ｓ ｈ ｍａｉ ｉ ｇ ａ ｆ ｒｌｎ ｉ ｄ ｎ ｌ ｎ ｌ ｓｓｏ ｅ ｉ ． ｃ ｅ ｔ ｄ ａ ｒ ｍ ｇ ｔ ｉ ａ ａｙ ｉ ｆ ｈ ｃ ｏ ｏ ｕ ｏ ｅ ｐ ｎ ｅ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ｍｅ ｈ ｄ
Ｖ １ ７ Ｎｏ ５ ｏ． ．
Ｍ ｙ ２１ ａ． ０２
中 国 科 技 论 文 ＣＨ Ｎ ＣＩＮ Ｐ Ｅ ＩＡ Ｓ Ｅ ＣＥ ＡＰ Ｒ
盾构法施工引起地面沉降原因分析及防治措施
盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。
目前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。
但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。
盾构法施工虽然优点颇多，但是也存在诸多问题。
本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。
一，地面沉降产生原因1、地层隆沉的发展过程盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固结沉降，如图l所示。
第一阶段：最初的沉降。
该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。
指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。
第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。
这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。
它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。
第三阶段：盾构机经过时沉降。
该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。
第四阶段：盾尾空隙沉降。
该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。
土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。
第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。
经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。
2、地表沉降的因素影响分析该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS，盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件；而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。
关于隧道测量中坐标反算的分析及综合应用
关于隧道测量中坐标反算的分析及综合应用摘要：本文分析了隧道断面的轮廓线及平曲线的几何特性，重点研究了平曲线中的直线、圆曲线及缓和曲线，针对这三种曲线，用CASIO fx-4800计算器编写了相应的坐标反算程序，依据程序计算出里程和偏距，然后与隧道断面超欠挖程序相结合，就能精确的进行隧道放样和检查工作。
在隧道其它结构放样也检查上也可以应用此方法。
关键词：隧道；坐标反算；程序；应用Abstract: this paper analyzes the tunnel profile the contour line and plane curve geometric characteristics, focus on the plane curve of the straight line, circular curve and gentle curve, in view of the three curve, with CASIO fx-4800 calculators to write the corresponding coordinates calculate program, according to procedures calculated the mileage and partial distance, then and tunnel profile super owe dig program photograph union, can accurate tunnel and check the work setting. In the tunnel structure layout also check the other also can use this method.Keywords: tunnel; Coordinates calculate; Program; application随着我国科学技术的不断发展，测量软件业随之不断被开发，断面后处理软件和炮孔放样软件已经被广泛运用到隧道的测量当中，使用了这些测量软件，在很大程度上缩短了测量的时间，因此就提高了测量的效率，也就很大程度上提高的整个工程施工的效率，这些软件虽然有着其各自的优点，但在实际操作中，也有一定的缺陷，譬如在实际的隧道测量中，在很多情况下，这些软件满足不了施工的需要，而测量人员又对测量软件过分依赖。
盾构施工技术在隧道工程中的应用与改进
盾构施工技术在隧道工程中的应用与改进隧道工程是现代城市发展中重要的基础设施建设项目之一。
而在隧道工程中，盾构施工技术作为一种高效、精确、安全的施工方法被广泛应用。
本文将探讨盾构施工技术在隧道工程中的应用与改进。
首先，盾构施工技术在隧道工程中的应用包括隧道的开挖、支护与衬砌。
盾构机作为盾构施工的核心设备，具有自动化、智能化的特点，可以高效、准确地进行隧道开挖作业。
盾构机的施工过程中，通过结合工程地质资料和勘察数据，能够灵活调整掘进参数，实现掘进方向的精确控制，从而避免地层变形和塌陷等不良现象的发生。
其次，盾构施工技术在隧道工程中的改进主要体现在盾构机的创新和优化。
随着科技的不断进步，盾构机逐渐实现了自动化、高效率和节能环保的目标。
例如，盾构机在掘进过程中采用激光测量技术，能够对地层变形进行实时监测和控制；盾构机的刀盘结构和切割方式得到了改进，使得隧道工程的掘进速度和质量得到了显著提升；同时，采用电液控制技术和先进的传感器设备，提高了盾构机的稳定性和安全性。
此外，盾构施工技术在隧道工程中的应用还包括隧道的支护与衬砌。
盾构掘进过程中，会产生较大的水土压力，为了保证施工的安全性，需要采取合适的支护措施。
传统的支护方式主要包括钢架支撑和混凝土喷射支护，但这些方式存在工期长、施工难度大等问题。
而盾构施工技术在支护方面的改进，则主要体现在采用预支护和模块化支护等创新技术。
预支护技术通过在掘进段前方进行预置支护工程，有效减小了施工风险，并提供了更好的施工条件。
模块化支护技术则通过模块化结构的设计和制造，大大简化了施工过程，提高了施工效率。
随着盾构施工技术的不断发展和改进，隧道工程的施工效率和质量得到了明显提升。
但同时也面临着一些挑战和问题。
例如，盾构机的运维成本较高，需要专业的运维团队进行维护和管理；盾构施工过程中还存在地层变形和沉降等风险，需要加强监测和控制措施；盾构施工技术在复杂地质条件下的应用还相对较少，需要进一步研究和改进。
相对位移反分析法在隧洞工程中的应用
１ 位 移反分析法原理
利用有 限元作正分析 的计算 中， 假设 岩石为线 弹性 体 ， 解 节 点 位 移 的 整体 有 限元 法 方程 为 求 ［ ］ ｝ Ｐ｝其 中［ ］ 刚度矩 阵 ，Ｕ｝ ｛ ＿｛ ， 为 ｛ 为变形 矩
ｎ ｌ ｓｓ ｔ ｄ ｏ ａ ｖ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｓｄ ｏ ｎ ｌｗ ｐａ ｍｅ ｔ ａ ａｙｉ ｍｅ ｏ ｆ ｌｔ ｅｄｓ ｌ ｅ ｎ ａｅ ｎ ｔｅｔｎ ｅ ａｌ ｓｌ ｅ ｎ ｎｔ ｎ ｓｌ ｂａｎ ｄ ｉ ｘ ａ ａ ｏ ｈ ｅ ｒ ｉ ｐｃ ｂ ｈ ｕ ｌ ｄ ｃ ｉ ｍｏ ｉ ｒ ｇｒ ｕｔ ｏ ｔ ｅ ｎｅ ｃｖ ｔ ｎ ｏ ｉ ｅ ｓ ｉ ｉ
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出入段线下穿路桥过渡段盾构施工对轨道结构的影响分析
随 着铁 路 的发展 ， 各 项 生产 生 活 设施 项 目的 在 建设 中 ， 有着 大量 的 道路 工 程 ， 际工 程 中 ， 基 多 实 路 以砂 石类 、 土类 、 质 土 为 主 ， 面 多 为水 泥 混 凝 黏 粉 路 土 ， 面基层 多 采 用 水 泥 稳 定 土 、 灰 粉 煤 灰 稳 定 路 石 土、 石灰 稳定 土 为道路基 层 ， 由于 没 注重基 层水 冲刷
隧道桥台桩外轮廓线距离 ４ ｍ
段的沉降越大 ， 影响范围也越大 ， 反之则越小。
３ 盾构 隧道 开挖 对轨 道 的竖 向位 移 影 响较 大 ， ）
特别是桥台后的差异沉降， 在大约 ４ 的范 围内产 ｍ
生 １ｒｍ左 右 的沉降 差 。 ５ ａ ４ 隧道距 离桥 台的距 离 越近 ， 两 结 构 之 间产 ） 在
一
以上 ３ 个步骤为一个循环 ， 当盾构机掘进到第 四环管片时， 将第一环管片处的盾壳 的材料属性改
为管 片 的材 料属 性 ， 此时盾 尾脱 出一 管 片长度 ， 成 完 第一环 管 片 的安 装 ， 后盾 构机 每推 进 一管 片长度 ， 此 将 下 一段 盾 壳 单 元 的材 料 属 性 改 为 管 片 的材 料 属
路设 计 时 ， 除考 虑行 车荷载 以外 ， 注重水 冲刷作 用 应 影响 ， 即水 的 因素 。
２ ２ 路面结 构 ．
目前水 泥道 路路 面结 构 如 下 （ 中等 交 通 量道 以 路 路 面结 构为 例 ） ：
面层 ：２ ｍｍ水泥砼 ； ２０ 基 层 ：０ ｍｍ厚 ４ ５ 水泥 稳定 碎石 ； ２０ ．％ 底 基 层 ：０ ｍ １０ ｍ填 隙碎 石 ； 总厚 度 ５ ０ ｍ。 ２ｍ
成 盾构 的施 工过 程 。
盾构隧道施工中的土体位移监测与预测研究
盾构隧道施工中的土体位移监测与预测研究隧道工程作为一项重要的基础设施建设工程，在城市交通和地下交通系统中具有重要地位。
然而，隧道施工过程中土体的位移变形是一个常见的问题，可能会影响工程的施工安全和质量。
因此，对于盾构隧道施工中的土体位移进行全面的监测和预测研究具有非常重要的意义。
一、盾构隧道施工中的土体位移监测1.监测方法在盾构隧道施工中，我们可以利用多种方法来监测土体位移，包括但不限于以下几种：- 光纤传感监测技术：通过将光纤放置在土体内部，利用光纤传感器可以实时监测土体位移情况。
- GSM网络传感监测技术：通过在土体中铺设传感器，将数据通过GSM网络传输到监测中心，实现对土体位移的实时监测。
- 激光测距监测技术：通过激光测距仪对土体位移进行测量，实时监测土体位移情况。
2.监测点布置在盾构隧道施工中，合理布置监测点是保证土体位移监测准确性的关键。
一般来说，监测点应该均匀分布在隧道周围的土体中，以覆盖整个施工区域。
3.监测数据分析在盾构隧道施工过程中，各个监测点会采集到大量的位移数据。
我们可以通过对这些数据进行分析，找出位移的规律和趋势，并及时做出相应的调整和预警。
二、盾构隧道施工中的土体位移预测研究1.数学模型建立为了预测盾构隧道施工中土体的位移情况，可以基于数学模型进行研究和预测。
我们可以利用有限元法、数值模拟方法等建立土体位移的数学模型，并通过数值计算得到土体的位移情况。
2.参数优化在建立数学模型时，需要确定一些参数，如土体的弹性模量、泊松比等。
为了提高预测的准确性，需要进行参数的优化和校正，可以通过实际监测数据和试验结果进行比较，逐步调整参数。
3.模型验证建立数学模型后，需要进行模型的验证。
我们可以通过与实际施工过程中的位移数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
如果发现模型预测与实际施工数据有较大差异，需重新调整模型参数或改进模型方法。
4.预测结果分析在盾构隧道施工中，预测的结果会给出土体位移的趋势和范围。
反应位移法在盾构隧道横向抗震分析中的应用
文 章 编 号 ：０ ３１９ （ ０ ０ ０ －０ ８ １０ －９ ５ ２ １ ） ９０ ４ ￣４
反 应 位 移 法 在 盾 构 隧 道 横 向抗 震 分 析 中 的 应 用
晏 启祥 ， 马婷 婷 ， 吴 林 ， 耿 萍
（ 南交通大学 地下工程系 ， 都 西 成 ６０ ３ ） １０ １
利用反应位移法计算获得的匀00226cos0056z质圆环盾构隧道模型与接头圆环盾构隧道模型衬砌典32求解地震作用下天然地层的剪切力型位置结构内力计算结果列于表1其中为从正将地震剪切力沿深度分布假设为正弦函数利用向进行逆时针旋转的角度弯矩以内侧受拉为正轴力公式3计算其地震剪切力
铁
道
建
筑
Ｒａｌ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｉ ｗａ ｇｎｅ ｒｎ
摘要 ： 系统介 绍反应 位移 法原理 和计 算流 程 的基 础上 ， 在 结合 具体 工程进 行 了匀质 圆环和接 头圆环 两种
盾构 隧道模 型 的反应 位移 法抗震 分析 ， 以期 推 动 反 应 位 移 法 的 应 用 和 揭 示 基 于 衬 砌 接 头 效 应 的 盾 构 隧
道动 力反 应 。
（ 责任 审编
赵其文）
２１ ０ ０年 第 ９期
反 应 位 移 法 在 盾 构 隧道 横 向抗 震 分 析 中 的 应 用
４ ９
构在地 震作 用 时 ， 由于 周 围岩土 介质 的存 在 ， 发生 不 会 同于地 面结 构 的动力 响应 。地 面结构具 有 明显 的加 速 度 放 大效应 ， 而地 下结 构 与 附 近 地层 的加 速 度 相 对 比
铁 垫板折 断 。
［］ 秦汉 ， 烈． 于九 江长江 大桥 正桥 （８ １方 徐 关 １０＋２ ６＋１０ ｎ １ ８ ）ｌ
位移反分析法的理论分析及工程应用
一 表示全部观测与 回归方程 的偏离程
度， 全 观 值∑ ∑ ａ 与 归 算 用 部 测 ｊ 回 计 值∑ ∑ 的 差 方 ｋ 残 平
＾
在二维地应力场 分析 中 ， 质构 造应 力场 模拟 为 ： 加 载 的 地 在
的叠 加 ） 平即
侧 面边界 上施加梯形分 布（ 即均匀分布 和适 量 的三角形分 布压力 该观测的残差 Ｒ ＝ 在三维地应 力场 分 析 中 ， 质 构造 应 力场 模拟 采 用 两种 形 地
场数学计算模 型都是 侧面 （ 侧边 ） 或 为水平 向约 束 、 垂直 向 自由 ， 为 铅 垂 向上 方 向 。
底部边界为水平 向 自由、 垂直 向约束 ， 内部介 质作 用着 铅垂 向的
体积力。
对每一个应力状态 可确 定一个 回归 计算值 ， 观测值 与 回归方程 的偏离程度 ， 用该 观测值
近十几年发展起来的以量测位移 为基础 的位 移反分 析法 ， 是 解决数值 方法与岩土工程协调发展 的重 要手段之 一 ， 既依赖 于 它 工程地质 和岩石力 学理论 ， 又依托 于岩 体工 程的 现场 实际量 测 ， 是理论性 和实践性 都很 强 的一 种实 用技 术 。该 方法 能解决 地下 工程 、 隧道工程 、 边坡工 程 、 地基工程 、 大坝等 结构与非 均质 、 非线
９ ９ ２— ３．
［］ ５ 刘玉卓 ． 公路工程软基 处理［ 。 Ｍ］ 北京： 民交通 出版社 ，０ ２ 人 ２０ 。 ［］ ６ 梁炯錾 ． 固与 注浆技 术手 册 ［ 。 锚 Ｍ］ 北京 ： 中国 电力 出版 社 ，
软土隧道土压力问题的研究综述_张云
第19卷第5期水利水电科技进展1999年10月第一作者简介:张云,女,副教授,从事岩土工程的数值分析研究.软土隧道土压力问题的研究综述张 云 殷宗泽 (南京大学地球科学系 南京 210093) (河海大学岩土工程研究所 南京 210098)摘要 概括了软土隧道衬砌上土压力的研究方法,按其所采用原理不同,将其分为三类,即简化计算的方法、考虑土与衬砌相互作用的计算方法和现场量测及模型试验的方法,总结了迄今为止具有代表性的研究成果,对各种方法的研究思路及存在的问题作了深入细致的分析.在此基础上,提出了今后应从数学模型的描述、模型试验以及现场量测数据的分析等几方面作进一步深入研究,重点应解决如何模拟隧道施工方法和施工过程的问题,并对各类隧道提出简便实用的土压力计算公式,以供衬砌设计之用.关键词 软土隧道;土压力;衬砌;综合述评 城市人口和人类活动的增加,使地面空间越来越紧张,地下空间作为一种尚未充分利用的资源,引起了人们的广泛重视并积极加以开发利用.在地下空间的开发利用中,常常遇到在软土地层中建设隧道的问题,如城市地下铁道、公路隧道及地下共同沟等.软土地层中常用的隧道施工方法有沉管法、顶管法和盾构法,用于软土隧道衬砌的材料有钢筋混凝土、铸铁、钢、钢壳与钢筋混凝土复合材料等,其中以钢筋混凝土管片应用较多.管片之间的连接方式多种多样,有柔性和刚性之分.不论哪种类型的隧道,也不论其衬砌材料和连结方式如何,土压力都是作用于衬砌上的主要荷载,是进行衬砌设计的主要依据,因此如何恰当地估算衬砌上土压力的大小及分布,就成了工程设计人员非常关心的问题.作用于衬砌上的土压力实际上是周围土层与衬砌相互作用面上的接触应力,其大小及分布形式不仅与土层及衬砌的物理力学性质有关,还与施工方法、隧道的几何参数等相关,因此,关于衬砌上土压力的研究是隧道工程中较为困难却又特别重要的一个课题.1 衬砌上土压力研究的现状作用于衬砌上的土压力受衬砌和地层的性质、隧道的施工方法、隧道的埋深、形状、断面的几何尺寸等诸多因素的影响,这使得土压力的研究相当困难,到目前为止,对衬砌与地层相互作用的机理尚未研究得十分清楚,关于这方面的论文及研究报道的数量也不多.就已有的文献来看,按其所采用的原理不同,对衬砌上土压力的评价方法可分为简化计算方法、考虑衬砌与地层共同作用的分析方法、现场量测及模型试验方法等.1.1 简化计算方法在这一类方法中,一般将作用于衬砌上的土压力分为垂直地层压力、水平地层压力、拱底的垂直地基反力以及由衬砌变形引起的被动弹性抗力四部分.关于垂直地层压力的计算理论有:①土柱理论.对埋置较浅的隧道,由于盾尾空隙或衬砌变形引起隧道顶部上覆土柱下沉,两侧地层对柱体产生与下沉反向的摩擦力,根据刚体静力平衡条件,认为垂直地层压力是上覆土柱的重量减去土柱两侧的摩擦力,在较差的地层中,此摩擦力常被假定为零,即p v =γh (1)式中:p v 为垂直地层压力;γ为上覆土层的平均容重;h 为上覆土层的厚度.据报道,此计算方法在软土地层中较为合适,上海软粘土层中修建隧道时所测得的土压力数据表明,隧道拱顶部分土压力随时间延长而增加,最后十分接近于上覆全部覆土重量[1].但对埋深较大或较硬土层中的隧道,由于拱效应的存在,作用在衬砌上的垂直地层压力要比其上的土柱重量小得多,这已为现场试验所证实[2].②太沙基理论.该理论以松散体压力为基础,从应力传递的概念出发,认为隧道在开挖后,顶部土体在重力作用下,在隧道两侧至地面之间出现两个垂直方向的剪切面,由散粒介质平衡方程式算出垂直地层压力p v =b γ-c k tan φ(1-e -k tan φ・hb )+qe-k tan φ・hb (2) ①日本土木学会青函隧道土压研究委员会.青函隧道土压研究调查报告.1977.365～401式中:b 为地下结构跨度的一半;c ,φ为土的粘聚力及内摩擦角;q 为地表垂直压力;k 为侧压力系数,其余符号同前.它考虑了隧道断面的几何尺寸、埋深、土体的强度指标的影响,但对与土压力密切相关的施工方法和衬砌的刚度却未予考虑,同时,它也没有考虑土体中拱效应的存在.③普氏理论.前苏联学者普罗托吉雅柯诺夫也以散体介质理论为基础,认为在松散介质中开挖隧道后,在其上方形成一抛物线的平衡拱(压力拱),拱下土体以平均压力作用于衬砌上,衬砌受到的垂直地层压力p v =γh (3)其中,h 为压力拱高度,计算公式为h =1fb +h 0t tan (45°-φ/2)(4)式中:h 0t 为隧道高度;f 为普氏系数,对粘性土可取f=tan φ.显然,对不能形成压力拱的松软地层或埋深太浅的隧道,普氏理论是不适用的.水平地层压力则用以极限平衡条件为依据的朗肯主动土压力计算.由于衬砌的侧向变形的作用,隧道两侧的土体实际上并不处于主动极限状态,而是处于被动状态,因此,实际的水平地层压力要比朗肯主动土压力大,而且受衬砌形状及变形的影响,其分布也不是直线形式.作用于拱底的垂直地层反力通常被认为等于垂直地层压力与衬砌自重之和,且均匀分布.这样处理问题的近似性是显而易见的,因为与衬砌形状及变形相关的垂直地层压力和垂直地层反力都不是均匀分布的,对圆形隧道的分析结果表明,它们在隧道的中部较大,向两侧则逐渐减小.至于由衬砌变形引起的地层被动抗力的计算则有日本的三角形法和前苏联的O.E.布加也娃法,它们均采用文克勒局部变形理论,即认为土层为理想的线弹性体,地层抗力与相应点的衬砌变形成正比,其比例系数被定义为地层抗力系数.这两种方法的区别在于对地层抗力的分布形式作了不同的假设.日本的三角形法假定水平地层抗力与衬砌的水平位移成正比,按三角形分布,在圆形衬砌的水平直径处达到最大值,如图1所示.前苏联的O.E.布加也娃法假定地层被动抗力按圆形半径方向作用在衬砌上,呈新月形分布,如图2所示,在衬砌顶部2φ=90°的范围内为脱离区,无地层抗力,在45°≤ζ≤90°的范围内,地层抗力k δ=k δa cos2ζ,δa 为水平半径处的圆环变形值;在90°≤ζ≤180°的范围内,地层抗力k δ=k δa sin 2ζ+k δb cos 2ζ,δb 为底部的土层变形量,k 为地层的抗力系数.图1 三角形法图2 布加也娃法简化计算方法人为地将作用于衬砌上的土压力划分为以上四部分,再对各部分提出一些具体的计算公式,实际上只是解决了计算上的问题,而对与土压力大小及分布密切相关的土性、施工方法及衬砌刚度等都没有考虑,因此,所得结果的可信度并不高.1.2 考虑地层与衬砌共同作用的分析方法该方法将地层和衬砌作为连续介质看待,衬砌和地层这两种不同材料的接触面上的接触应力即为土压力,根据地层的具体情况,可将其作为弹性、非线性弹性、弹塑性或粘弹性材料,视问题的复杂程度不同,可采用解析解法或数值解法,由接触面上的接触条件解出接触面上应力的大小和分布状况.这方面论文和研究报道已有不少,但具有代表性的却不多.国内的同济大学等单位利用地层与衬砌间的位移协调条件得出了轴对称条件下圆形隧道弹塑性解析解和粘弹性解析解,并作了大量的有限元分析[1].日本在青函隧道工程中对衬砌上的土压力作了较为细致的研究①,它将围岩作为粘弹性体,并假设衬砌处于轴对称的平面应变状态,同时,为了反映衬砌修筑进度对土压力的影响,对围岩中产生松弛区域和不产生松弛区域两种情况分别进行了计算.分析结果表明,不产生松弛区域时的土压力要比产生松弛区域时的土压力大,在产生松弛区域的情况下,若围岩不发生破坏,则衬砌修筑时间晚,作用在衬砌上的土压力减小;若围岩发生破坏,则衬砌修筑时间晚,作用在衬砌上的土压力会有所增大.另外,该研究还对衬砌刚度、注浆区域大小、开挖面推进等对土压力的影响作了探讨.E l2Nahhas[3]则按开挖和相互作用两个阶段分析了隧道和地层之间的相互作用,先根据无衬砌隧道开挖面上的不同结点的径向应力和径向位移之间的关系,绘出一条地层反映曲线,然后真实地计算掘进作业引起的在衬砌起作用前的地层位移.地层位移确定后,即可在相应的地层反映曲线上得到相应的现场应力降低值,随之可确定地层与衬砌相互作用阶段的起始压力,并算出最终平衡时衬砌上的土压力,它考虑了衬砌施作时间对土压力的影响.与简化计算方法相比,这类方法克服了人为假设土压力分布及大小的主观随意性,兼顾了衬砌和土层的性质、施工方法及过程和开挖面推进等影响土压力的因素,较客观地反映了衬砌上土压力的本来面目,其计算结果具有一定的合理性.但由于土体性质的复杂性,其应力应变关系不仅与土类有关,还与其应力路径有关,而应力路径又决定于隧道的施工方法,在现有的分析方法中,对此基本未作考虑.土压力是衬砌与土体接触面上的接触应力,而两者的刚度一般相差较大,目前,对此并未作深入研究,通常仍将其作为连续体看待.在文献[3]的方法中,确定衬砌起作用前的地层位移是困难的,只能凭经验,但它又是确定衬砌上最终土压力的重要参数,其数值大小直接影响到土压力的大小及其分布.因此,要利用此类方法可靠地计算衬砌上的土压力,还需要深入研究不同类型隧道土压力的形成机理,研究土压力的计算方法,在计算过程中,尽可能地模拟隧道的实际工作状态.1.3 现场量测及模型试验方法现场量测能够真实地反映各种因素对土压力的综合影响,因此许多学者都很重视现场量测数据的收集和分析.E isenstein等[4]认为土压力的大小和分布与衬砌安装历史、时间及掘进速度有关,并从实测资料分析认为对刚度较小的肋条横板衬砌系统,土压力分布较均匀,而刚度较大的预制管片衬砌系统的土压力分布则为椭圆形,且垂直方向应力大于水平方向应力.前苏联对两座H/D=3～4(H为隧道中心的埋深,D为圆形隧道的直径)的隧道进行实测,结果表明拼装衬砌上径向土压力分布呈上部大,向下部逐渐减小的特征[5].同济大学的孙钧和侯学渊教授[6]考虑了衬砌刚度对土压力的影响,在对上海地区软粘土隧道的现场实测基础上,提出了将柔性圆形衬砌看成一具有无限弹性铰结的链条环的链条理论,当衬砌在某一方向受压时,必在另一方向鼓胀.当衬砌在较大的垂直压力作用下压扁时,衬砌在水平方向除承受松动土压力,即主动土压力外,还承受链的作用,水平方向受压土体的弹塑性变形产生被动抗力,从而调整垂直与水平方向的压力值,定性分析出土压力分布包线呈桃子形和葫芦形的结论.目前,实测资料仅来源于少数工程,受施工条件及地层和衬砌性质等诸多因素的影响,实测结果的离散性很大,对其还缺乏深入的研究,因此很难将它作为普遍的规律加以应用.相对于现场测试,室内模型实验更有利于有目的地控制实验条件,从而研究各影响因素对土压力的作用.侯学渊教授[7]曾以金属圆管模拟隧道,以钢筒模拟盾构,通过相似材料的模型实验,给出了土压力分布的定性描述,认为隧道周围土压力分布与衬砌和周围地层的刚度比密切相关,刚度比越小,土压力分布越均匀.相似材料的模型实验虽然可以直观地对土压力作定性的研究,但它仍存在许多问题.首先,模型的缩尺使自重应力损失,而对于研究隧道衬砌上的土压力问题来说,保持模型和原型的自重应力场相似是非常重要的.其次,它只是模拟了材料的特性,而对施工过程及施工过程中的回填注浆、衬砌拼装等尚难于模拟.此外,目前用于直接测试土压力的土压力盒在接触面上的测试精度难于保证.正因如此,以测定衬砌上的土压力为目的的模型试验很少见.2 今后的研究方向尽管国内外许多学者致力于土压力问题的研究,但由于问题本身的复杂性,对其认识仍显不足,今后应在以下几方面作进一步深入研究.a.完善数学模型.大量的现场观察均已证明,作用于衬砌上的土压力不仅与土体的性质有关,还与施工方法、衬砌刚度及衬砌的施作时间等有关,在数学模型中应力求反映土体的复杂性,如土体的非线性弹性、固结和蠕变特性及应力应变关系受应力路径和历时等因素影响的性质.要重点研究如何在数学模型中反映隧道的施工方法和施工过程,如隧道的开挖步骤、回填注浆量的多少等,以提高计算结果的可信度,并实现施工过程的动态模拟.现有的数学模型对这方面处理还过于简单.b.开展全面系统的模型试验研究.由于土体性质及施工过程的复杂性,要从理论上完全反映它们对土压力的影响,并建立相应的计算关系是非常困难的,因此,模型试验的研究就显得非常必要.模型试验不仅要模拟相似材料,而且要模拟施工方法及过程.尽管在50年代我国一些从事地下工程研究的学者就试图通过试验研究衬砌上的土压力问题,但由于各种试验条件及量测手段的限制,其进展并不大.近年来,离心模型试验技术的发展,为隧道衬砌上土压力的模型试验研究创造了良好的条件,因为它能补偿因模型缩尺带来的自重损失,使模型的应力状态与原型保持一致,较真实地模拟原型的性态,这对于研究衬砌上的土压力问题来说是非常重要的.当前,离心模型试验的主要问题在于如何在试验过程中模拟隧道的施工过程,对此一直没有较好的解决方法,另外,由于试验时模型处于高速旋转状态,对测试元件的要求极高,因此要研究适用于离心试验的微型土压力盒.c.多积累现场的量测数据.现场量测数据是现场各影响因素的综合反映,受现场各种必然因素及偶然因素的影响.要对其中的主要影响因素有针对性地进行深入探讨,去粗取精,去伪存真,为理论分析提供充分的论据.在条件许可的情况下,要多做现场测试,以利于进行比较分析.最后,从工程实用角度出发,从理论及试验分析中提出简便、易行、所需参数较易获取的土压力计算公式供设计之用也是今后努力的一个方向.参考文献1 孙钧.地下工程设计理论与实践.上海:上海科学技术出版社,19962 Z avriev G P.从现场试验资料得出地下结构上的粘土压力.隧道译丛,1979(1):18～203E l2Nahhas F,E l2K adiand F,Ahmed A.Interaction of tunnel linings and s oft ground.Tunneling and Underground S pace T echnology.1992(7):33～444E isenstein Z,E l2Nahhas F,Thoms on S.Pressure2displacement relations in tw o systems of tunnel lining.In:Resendiz D,R om o M D,Balkema A A eds.S oft G round Tunneling,R otterdam,1981.85～945 关树宝译.拼装衬砌上的土压力分布和变形.隧道译丛, 1978(4):79～866 孙钧,侯学渊.上海地区圆形隧道设计的理论与实践.土木工程学报,1984,17(3):35～477 侯学渊.隧道设计模型理论与试验.岩土工程学报,1984, 6(3):35～438 徐祯祥.地下工程试验与测试技术.北京:中国铁道出版社,19849 姜朴.现代土工测试技术.北京:中国水利水电出版社, 199710 孙更生,郑大同.软土地基与地下工程.北京:中国建筑工业出版社,1984(收稿日期:19980605 编辑:熊水斌)(上接第22页)参考文献1 王仁洲,颜湘武,尚秋峰.未来灵活交流输电系统的研究方向.华北电力大学学报,1996(10):1～42 何大愚.柔性交流输电系统概念研究的新进展.电网技术,1997(2):9～143 李海峰.统一潮流控制策略的研究:[学位论文].南京:河海大学,19984 梁旭,姜齐荣,王仲鸿等.NET OM AC在静止调相器仿真中的应用.电网技术,1998,22(4):1～65 奚江惠,涂光瑜.基于统一潮流控制器对电力系统暂态稳定控制的研究.电力系统自动化,1997,21(3):51～536 罗春雷,孙洪波,徐国禹.UPFC动态建模与最优控制研究.电力系统自动化,1997,21(11):4～67 卢强,孙元章,沈沉,梅生伟.面向目标的FACTS设备智能预估控制方式(一).电网技术,1998,22(4):6～98 卢强,孙元章,沈沉,梅生伟.面向目标的FACTS设备智能预估控制方式(二).电网技术,1998,22(5):5～99 王锡凡.分频输电系统.中国电力,1995,28(1):2～610 韩居华,辛玲.一种新型的远距离输电系统———分频输电系统介绍.电力情报,1998(3):11～1411 王锡凡,王秀丽.分频输电系统的可行性研究.电力系统自动化,1995,19(4):5～1312 王秀丽,王锡凡,王建华等.分频输电系统实验初探.中国电力,1996,29(6):33～3613Wang X ifan,Wang X iuli.Feasibility study of fractional transmission system.IEEE/PES Summer Meeting,P ortland, 199514 王明俊,于尔铿,刘广一.配电系统自动化及其发展.北京:中国电力出版社,199815 王平洋.电力市场与远动技术.电力系统自动化,1997, 21(4):1～216 刘觉,金振东.电力市场的发展对E MS的新挑战.电力系统自动化,1997,21(2):7～917 王平洋.电力市场竞争与电力调度.电力系统自动化, 1997,21(2):10～1218 辛耀中,李泽,赵祖康.国际电工委员会第57技术委员会1998年会议概述.电力系统自动化,1998,22(10):45～49(收稿日期:19981110 编辑:熊水斌)。
反应位移法在盾构隧道横向抗震研究中的应用
文章标题：反应位移法在盾构隧道横向抗震研究中的应用序一、引言盾构隧道是城市地下交通建设中的重要组成部分，对于提高城市道路交通能力、改善城市环境、保障城市交通安全和促进经济社会发展具有重要意义。
然而，地震是盾构隧道施工和使用中的主要自然灾害之一，对盾构隧道结构和安全稳定性产生重大影响。
盾构隧道横向抗震研究显得尤为重要。
反应位移法作为一种重要的结构力学分析方法，在盾构隧道横向抗震研究中具有广泛的应用价值。
二、反应位移法的基本原理1. 定义和概念反应位移法是一种结构动力学分析方法，其基本原理是基于结构在地震作用下产生的位移和塑性变形来进行分析。
通过分析结构在地震作用下的位移响应情况，可以得到结构在地震作用下的受力状态和变形情况，从而为结构设计和抗震设防提供重要参考。
2. 原理和应用反应位移法的基本原理是结构在地震作用下产生的位移反应是结构抗震能力的重要体现，通过对结构位移进行分析和计算，可以评估结构在地震作用下的抗震性能和安全可靠性。
在盾构隧道横向抗震研究中，可以根据地震作用下盾构隧道的反应位移情况，评估盾构隧道的抗震性能，为盾构隧道的设计和施工提供科学依据。
三、盾构隧道横向抗震研究中的应用1. 抗震设计理念盾构隧道横向抗震研究的基本目标是保证盾构隧道在地震作用下的安全、稳定和可靠。
通过对盾构隧道结构系统进行抗震设计，可以减小地震作用对盾构隧道的影响，提高盾构隧道的抗震性能和安全可靠性。
在抗震设计中，反应位移法可以用来评估盾构隧道在地震作用下的位移响应情况，为盾构隧道的抗震设计提供科学依据和技术支持。
2. 结构抗震分析盾构隧道横向抗震研究中，利用反应位移法对盾构隧道结构系统进行抗震分析，可以对盾构隧道在地震作用下的受力和变形情况进行全面评估。
通过分析盾构隧道在地震作用下的反应位移情况，可以揭示盾构隧道结构系统在地震作用下的脆弱部位和破坏机制，为盾构隧道的抗震设计和加固提供重要参考和依据。
3. 结构优化设计在盾构隧道横向抗震研究中，利用反应位移法对盾构隧道结构系统进行分析和计算，可以得到盾构隧道在地震作用下的反应位移情况，为结构优化设计提供科学依据。
中英文参考文献
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盾构隧道施工引起地层位移的复变函数修正解
盾构隧道施工引起地层位移的复变函数修正解
晏莉;杨海涛
【期刊名称】《水资源与水工程学报》
【年(卷),期】2022(33)4
【摘要】为了获得盾构隧道施工引起的地层位移变化,利用复变函数求解了基于位移控制边界条件下盾构隧道开挖后的解析解。
在计算分析过程中,引入位移释放系数,充分考虑了衬砌滞后于开挖面的位移过程,并通过设置位移约束点对理论计算解进行了修正,获得了更为准确的地表相对位移。
选取4例实际盾构隧道工程实例,分别考虑4种典型洞室位移边界条件,将该理论计算得到的地表位移初始解和修正解与现场实测数据进行对比,结果表明:在各种洞室位移边界条件下,修正后得到的地表位移值与实测值的吻合度均比初始解显著提高,其中以采用第4种位移边界条件计算得到的地表位移修正解吻合度最高。
最后以第4种洞室变形为位移边界条件,分析了不同位移释放系数、隧道埋深以及隧道半径对地表位移的影响。
结果表明:地表沉降与影响范围随着位移释放系数的增大而减小;地表沉降随着埋深的增加而减小,沉降槽宽度却随之增加;隧道半径越大,则地表沉降越大且影响范围越宽。
【总页数】10页(P192-201)
【作者】晏莉;杨海涛
【作者单位】长沙理工大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U456.31
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第37卷 第3期2001年5月 南京大学学报(自然科学)JO URNAL OF NANJING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCES) Vol.37,No.3M ay,2001盾构法隧道的位移反分析及其工程应用张 云(南京大学地球科学系,南京,210093)摘 要: 在盾构法隧道中将衬砌周围由于盾尾空隙的闭合、注浆充填作用和盾构推进对周围地层的扰动等形成的特殊圈层概化为具有平均意义的等代层,其参数一般可根据土质条件选取,但不易准确.在有实测地层位移资料时,用位移反分析法可较准确地获取等代层的参数.根据盾构法隧道的施工特点,选择等代层的厚度和弹性模量作为反分析参数,这样既简化了反分析的过程,又使反分析结果的意义更为明确,实例分析表明,本文所采用的直接反分析方法是有效的、可靠的,反分析所获得的等代层参数可较好地用于模拟盾构法隧道施工时地层位移随开挖面推进的动态变化.关键词: 盾构法隧道,位移反分析,三维有限元,等代层,地层位移中图分类号: T U41隧道的施工在土体内部形成边界,土体中原有的应力场发生变化,导致地层产生位移,地层位移不仅取决于土体的物理力学性质,同时取决于施工方法及施工过程.盾构法隧道的施工过程可概括为工作面开挖、盾尾衬砌环的拼装和盾尾空隙的注浆充填几个步骤,工作面开挖和衬砌的拼装交替进行,直至整条隧道完成.拼装好的衬砌脱出盾尾后,由于盾构壁原来占据的空间、为衬砌的拼装操作所留的建筑空隙和盾构推进时部分土体被粘附于盾构外壳上,在衬砌环背面与实际开挖的土体界面间留有环形空隙,该空隙称为盾尾空隙.隧道壁面的土体会向盾尾空隙移动,同时盾构通过后周围受扰动的土体要产生固结,这些将导致隧道附近的地层产生移动,为了防止地层产生过大的位移,要及时通过管片上预留的注浆孔向盾尾空隙内压注浆体以减小地层位移发生的程度.因此用盾构法在土层中修建隧道时,隧道壁面向盾尾空隙位移的大小和注浆充填的程度、隧道周围土层受扰动的范围和程度对地层位移有着重要影响,它们在衬砌周围形成一复杂的过渡圈层,成为地层位移的主要激发因素.不论是二维还是三维盾构法隧道的地层位移分析,对这一过渡层的处理都是问题的关键,也是问题的难点.目前对此问题的处理可归结为:①认为注浆材料完全充填盾尾空隙,隧道壁面土体完全没有向盾尾空隙的移动.②完全不考虑注浆的作用,认为隧道壁面的土体产生径向相等的位移,位移量的大小等于盾尾空隙的理论值.③将实际注浆层的厚度看成是对盾尾空隙作一定程度的折减,即认为过渡层的厚度必定小于盾尾空隙[1,2].上面3种方法仅简单地考虑了盾尾空隙的闭合及注浆充填作用,认为过渡圈层的厚度不可能超过盾尾空隙的理论值,但盾构推进对周围土体的扰动是不可避免的,特别是在土质松软的地层中,压注的浆体渗入到周围土体中,实际过渡层的厚度有可能大于盾尾空隙的理论值.收稿日期:2000-09-15在实际施工中,要将土体向盾尾空隙的自然充填、注浆后浆体的分布和隧道壁面受扰动的程度和范围等对地层位移的影响分别进行量化是难以做到的,为此本文将衬砌周围的过渡层概化为一均质等厚的等代层,但该层的参数取值不易准确,可根据隧道实际施工过程中现场量测的地层位移资料运用位移反分析方法获取这些参数.从分析思路来看,位移反分析法有直接分析法和逆分析法两种途径.逆分析法在待求参数和实测位移间直接建立关系式,再进行求解.它具有计算原理直观、所需计算机内存小、计算速度快的特点,但它的普遍适用性差,程序编制工作量大.直接反分析法是将正分析过程与最优化方法结合起来,是基于将计算位移和实测位移的误差减至最小以修正未知参数试算值的迭代法,其优点是不需建立待求参数和实测位移之间的直接关系式,只需利用正分析的计算方法并应用最优化理论不断修正未知参数即可.这种方法的优点是适应性强,当待求参数和本构模型改变时,不需重新推导公式,因此在位移反分析中得到了广泛的应用,特别是对于非线性的反分析问题,避免了复杂的数学推演[3～5].1 盾构法隧道的位移反分析模型直接位移反分析法的过程包括选定一个正分析的数学模型、确定要反分析的参数、建立优化的目标函数及寻求达到最优目标的优化方法.1.1 正分析的数学模型 所谓正分析问题,即在已知隧道介质的几何参数和力学参数的情况下,根据拟订的施工顺序和进度计算隧道施工引起的地层位移.实际上,隧道壁面向盾尾图1 等代层概念Fig .1 Concept of equivalent circle zone 空隙位移的大小和注浆充填的程度、隧道周围土层受扰动的范围和程度对地层位移的影响是错综复杂、相互关联的.隧道壁面的土体向盾尾空隙位移量的大小既与土体的性质有关,也与注浆延迟时间有关,土体越松软,位移量越大,注浆越迟,土体得以有充分的时间移动,位移量越大.注浆充填的范围与土体位移量的大小呈相互消长关系,与注浆压力的大小及浆体的流动性有关,还与土体受扰动的程度和范围有关.土体位移量小,注浆压力大、浆体流动性好,充填范围就大,另外,土体受扰动后强度降低,也利于浆体的渗入.在实际工程中,要确定这些因素对地层位移的独立影响是难以做到的,衬砌周围的这一过渡层的分布范围是上述各因素综合作用的结果,它不仅与土质条件有关,而且与施工工艺有关,其厚度并不一定被限制于盾尾空隙之内.为此本文在衬砌周围引入一特殊的介质,并假设它在衬砌周围等厚度分布,厚度为δ,如图1所示,它的作用等效于以上诸因素的影响,我们将这一层称为等代层,其意义是将隧道周围受扰动的土层、盾尾空隙闭合和注浆充填用等代层代替后所引起的地层位移与实际地层位移相同.等代层是隧道周围土体扰动、隧道壁面土体向盾尾空隙的移动及回填注浆作用的抽象概括,对一定的地层结构条件和施工工艺而言,其厚度及其力学参数应该是一定的.等代层中的材料是土、水泥浆及土与水泥浆的混合体,其组成比例与土的性质、浆体材料和注浆压力等有关,可将等代层作为弹性材料看待,因此等代层的参数包括其厚度、弹性模量和泊松比.·335· 第3期张 云:盾构法隧道的位移反分析及其工程应用其弹性模量和泊松比应介于土和水泥之间,一般可参考水泥土的压缩模量和泊松比来取值.至于等代层的厚度,一般并不等于盾尾空隙的理论值,即盾构外径与衬砌外径之间的差值的一半,可根据土质条件按经验取值.由于多种因素的影响,目前对等代层参数的取值精度还不高,这必然影响到地层位移的计算精度.随着盾构法隧道开挖面不断向前推进,地层的内边界逐步扩展,地层位移的大小及其分布也随之变化,因此盾构施工时地层位移的发展是一个动态过程.在二维有限元分析中难以图2 盾构推进Fig .2 Advancing of the shield反映隧道施工对地层位移的影响,尤其是对开挖面附近地层位移的影响及随着开挖面的推进地层位移的发展情况,因此作三维有限元分析是非常必要的.根据盾构工作特点,在三维有限元分析中假设:⑴土体的应力应变关系符合Duncan -Chang 的E -ν模型.⑵等代层和隧道衬砌均为弹性材料.⑶舱压力均匀作用于开挖面上.⑷土体本身的变形与时间无关,即不考虑土体的固结和蠕变作用.⑸盾构推进是分阶段进行的,每一段水平距离的推进是瞬时完成的,衬砌一次施作到工作面.当盾构从位置1推进到位置2时,衬砌也从位置1延伸到为位置2,如图2所示,相应地衬砌外周的等代层也延伸至位置2,在有限元模拟时可通过单元材料参数的改变来反映衬砌和等代层的延伸,从而模拟盾构的逐步推进.具体分析时采用八结点六面体等参单元.1.2 待求参数 由于盾构法隧道的位移反分析是非线性的,需要借助于有限元计算和最优化方法,计算工作量很大,当待求参数较多时,各参数间的相互关系和影响非常复杂,使反分析的困难增加,反分析的结果意义不明确,而且从本质上来说,反分析的参数是一个平均意义上的综合参数,因此不加选择地试图通过反分析获得计算模型的所有参数是不现实的,也是不恰当的,应结合具体的工程实际情况,选择那些对系统位移性态产生重要影响而又难以确定的参数进行反分析.在盾构法隧道地层位移的三维有限元分析中,土体的弹性非线性参数可通过常规的三轴试验测定,施工过程中舱压力可以人为地加以控制,衬砌的弹性参数也易于由试验获得,但由衬砌周围土体受扰动作用、隧道壁面土体向盾尾空隙的移动及注浆回填作用概化的等代层作为地层位移的主要激发因素,其参数的准确取值较为困难,特别是它的厚度和弹性模量,这些参数不能为室内和现场试验所直接测定.因此不妨假设那些易于量测的参数都是明确的、可测定的,从而仅选择等代层的厚度和弹性模量作为反分析参数.1.3 目标函数和反分析模型 在盾构法隧道施工中,经常要量测开挖面推进到不同位置时隧道轴线及其附近的地层位移,结合实际情况,本文取有限元的计算位移与实际观测点的量测位移的差的平方和作为参数反分析优化计算的目标函数J (x ),即J (x )=∑N t =1∑N Di =1(u i t -u i t ＊)2(1)式中,N 为开挖步数,ND 为观测点数,u i t 、u i t ＊分别为第i 个观测点在第t 步开挖完成时的计算位移值和实测位移值,其中u i t 是目标未知数向量x 的函数.x 可表示为x =[x 1,x 2](2)·336·南京大学学报(自然科学)第37卷式中,x 1为等代层的厚度,x 2为等代层的弹性模量.通常x 1和x 2都有一定的取值范围,记为a j ≤x j ≤b j j =1,2(3)a j 、b j 分别是第j 个目标未知数的上、下限值.一般来说,等代层厚度的上限可取为盾尾空隙的3倍,弹性模量的上限可参考水泥土的压缩模量来取.因此,盾构法隧道的参数反分析问题就转化为在约束条件(3)下求目标函数(1)的极小值的最优化问题.1.4 优化分析方法 目标函数(1)与目标未知数x 之间具有非线性的隐含关系及复杂的函数形式,难于求出目标函数的梯度和Hesse 矩阵,因此基于使用导数的梯度方法不适宜应用于盾构法隧道的位移反分析问题,而只能采用不需要使用导数的直接法.在这一类方法中,单纯形法只适用于有约束的线性优化问题,而在此基础上发展起来的复形法的应用范围要广泛得多,只要能求出函数值的问题都可以应用,且方法和程序较为简便[6].复形法是在可行域R 中随机地选取m (m >n +1)个顶点x (i )∈R (i =1,2,......,m ),由这些顶点组成的凸体是由若干个单纯形构成的,所以称为复形,一般地,可取m =2n ,n 为目标未知数向量的维数.然后对复形的顶点函数值逐一进行计算比较,不断以满足约束条件且函数值有所改善的新顶点代替函数值的最坏点,逐步逼近最优点.复形法的计算步骤为:①产生初始复形 任选一个初始可行点x (1)∈R ,其它m -1个点由下式求得x j (i )=a j +r j (i )(b j -a j ) j =1,2,......,n i =2,......,m (4)式中,x j (i )表示第i 个顶点的第j 个分量,r j (i )是在(0,1)中服从均匀分布的随机数,显然这样求得的顶点能满足约束条件(3).②形成反射点法在获得m 个顶点后,计算每个顶点x (i )的目标函数值J (x (i ))(i =1,2,......,m )并找出其中的最坏点x (h )x (h )=max 1≤i ≤m(x (i ))(5)计算除x (h )以外其余顶点的中心x (o )x (o )=1m -1∑m i =1,i ≠h x (i )(6)作x (h )关于x (o )的α倍反射点x (α)x (α)=x (o )+α(x (o )-x (h ))其中α≥0,可取α=1.3.③检查可行性若x (α)∈R ,转到④,否则令α=α/2,重新计算x (α),直至x (α)可行.④比较反射点和最坏点的函数值 若x (α)比x (h )好,即J (x (α))<J (x (h )),则用x (α)代替x (h ),组成新的复形,并转入②;若J (x (α))≥J (x (h )),则以α/2代替α,直至x (α)的函数值小于J (x (h ))为止,再用x (α)代替x (h ),组成新的复形,并转入②;若α值不断缩小,新的α值已小于某个预先给定的正数ε1时,则放弃从最坏点出发的反射,改用次坏点代替最坏点的反射,重新进行上述过程.次坏点就是除去最坏点x (h )外,其它顶点中最坏的一个.⑤终止准则 在第②步中,若α‖x (o )-x (h )‖=α∑nj =1(x j (o )-x j (h ))2<ε2则计算结束;在第④步中,若·337· 第3期张 云:盾构法隧道的位移反分析及其工程应用1m ∑m i =1[J (x (o ))-J (x (i ))]2<ε3则计算结束,其中ε2、ε3为预先给定的计算精度,计算结束时所得到的最好点即为所求的近似最优点.例如,用复形法求解min f (x )=x 12-6x 1+x 22-4x 2+20s .t . 0≤x 1≤6,0≤x 2≤8取ε1、ε2、ε3均为0.001,初始可行点为(2,4)、(3,7)、(2,1)、(5,6),经58次迭代,得到其最优点为(3.0001,1.9992),最优值为7.0000.若按二元函数求极值方法,可得在(3,2)点,函数f (x )达到极小值7.可见复形法具有相当高的计算精度.2 工程实例分析上海某行人隧道由浦东出入口竖井、浦西出入口竖井及圆形隧道三部分组成.圆形隧道结构采用钢筋混凝土单层衬砌,衬砌内径为6.76m ,外径d 为7.48m ,厚度为0.36m ,宽度为1.2m ,管片设计强度为C50.隧道采用土压平衡式盾构施工,盾构长8.935m ,直径为7.65m ,盾尾空隙的理论值为8.5cm.图3 行人隧道浦东段位移监测点布置图Fig .3 Mo nitoring points of displacements in the Pudong sectionof the pedestrian tunnel 隧道场地的土层从上到下为:①表层褐黄色亚粘土,平均厚度2m ,容重为18.9kN /m 3;②灰色砂质粉土,饱和、软塑,平均厚度13m ,容重为18.6kN /m 3,具中等压缩性;③灰色淤泥质粉质砂土,平均厚度5m ,容重为18.0kN /m 3;④灰色淤泥质粘土,平均厚度5m ,容重为17.1kN /m 3;⑤灰色粘土,平均厚度20m ,容重为18.5kN /m 3.在浦东段隧道主要通过②层的灰色砂质粉土.为了控制圆形隧道施工对周围环境的影响,了解隧道周围地层变形及地表沉降随开挖面推进而变化的情况,现对该隧道作三维有限元分析.土层的Duncan -Chang 非线性弹性模型参数见表1.衬砌的弹性模量为34.5MPa ,泊松比为0.2,刚度折减系数取0.8.盾构推进设置的正面的压力为0.25～0.45M Pa .在隧道施工过程中对地面沉降和土体的分层沉降进行了监测,测点布置如图3所示.计算时隧道轴向长度限于浦东井以西210m 的范围内.根据地面沉降的实测资料分析,在横截面上取隧道轴线两侧30m 作为计算区域的边界,在这一距离之外地面沉降已很小,可忽略不计,计算深度取至地面下54m 处.除地面以外,其它边界均作为法向位移为零的边界.根据土层的分布情况及地基中可能的应力变化状况进行单元划分,共有2106个结点·338·南京大学学报(自然科学)第37卷和1600个单元.距浦东井50m处隧道轴线上方的分层竖向位移量测结果见表2.表1 各土层的邓肯参数Table1 Duncan's parameters of soils土层C/kPaφ/°K N R f G F D K ur①20.030.193.10.300.760.340.032.5140.0②16.027.4152.80.290.750.300.022.8229.2③11.020.244.60.280.730.280.122.070.0④10.018.226.40.170.600.250.022.840.0⑤15.026.347.70.140.770.310.032.175.0表2 实测的土体分层沉降值/cmTable2 Settlement values measured at various depth盾构切口里程/m测点深度/m250-20 00-1.3-2.92-0.8-1.7-3.34-1.2-2.4-3.76-1.3-2.6-3.98-1.8-2.9-4.310-2.1-4.4-5.9图4 地表沉降的实测值与预测值比较Fig.4 Comparison between measured and predicted settlement of groundsurface图5 沉降随开挖面推进的变化Fig.5 Variation of the settlement with theadvancing of the excavated face根据该工程的具体情况,等代层的弹性模量和厚度的约束条件取为0<E<40M Pa,0<δ<30cm按前述的位移反分析方法,可以获得该等代层的厚度为0.135m,弹性模量为1.2M Pa.为了检验反分析参数的合理性,将上述反分析参数用于同一隧道地层位移的正分析计算,计算距浦东井150m的横截面在切口距离为-30m时的地表沉降量,计算结果以虚线表示于图4中,图中的实线是该截面的实测地表沉降.从图中可知,地表沉降的计·339· 第3期张 云:盾构法隧道的位移反分析及其工程应用(a )y =0.8d (b )y =1.3d图6 与隧道中心相距为y 的竖直线上地层的水平位移分布随开挖面推进的变化(开挖面距浦东井:1～25m ;2～50m ;3～70m )Fig .6 Variation of the distribution of the horizontal displacement at a vertical line ,from which thedistance is y to the center of the tunnel ,with the advancing of the excavated face(The distance from the excavated face to Pudong shaft :1～25m ;2～50m ;3～70m )算值与实测值相当接近,说明了反分析参数的可靠性,因此对于该隧道工程可先根据盾构法隧道位移反分析方法利用实测的地层位移进行参数反分析,以获得等代层的参数,然后以此为依据,分析后续隧道施工引起的地层位移.图5是随开挖面的推进地表沉降曲线的变化情况,从图中可以看出,盾构推进时对前方地表沉降的影响范围约为2～2.5d ,距开挖面约8d 的已衬砌段,地表变形基本达到稳定,不再随开挖面的位置移动而变化.图6是当开挖面推进到不同位置时,在距浦东井50m 横截面上离隧道轴心的水平距离分别为0.8d 和1.3d 的竖直线上水平位移的分布情况.当开挖面距离较远时,受舱压力的影响,水平位移指向隧道外侧,在起拱线附近较大,向上下两侧减小,且随着距隧道轴线的水平距离的增加,水平位移减小.当开挖面接近及通过所考察的截面时,受盾尾空隙及衬砌变形的影响,起拱线处的水平位移增加,且指向隧道外侧,而上下两侧土体的水平位移指向隧道内侧,当开挖面通过截面后,水平位移增幅较大,随着距隧道轴线的水平距离的增加,水平位移的数值减小.·340·南京大学学报(自然科学)第37卷3 结 论等代层是一种综合反映盾尾空隙大小、注浆充填程度和隧道壁面土体扰动等施工条件的概化层,它克服了以往方法的不足,较客观地反映了盾构施工的实际状况,对一定的施工方法和一定的土层条件而言,等代层的参数应是一定的.根据实际情况,在有现场实测资料时,选择等代层的厚度和弹性模量作为位移反分析参数,既简化了反分析的过程,又使反分析参数的意义更为明确.实例分析表明了本文所采用的反分析方法的可靠性和合理性,同时在开挖面通过考察截面后,地层的竖向位移和水平位移的增幅都较大,需要特别注意.参 考 文 献[1] Hisatake M .G round surface settlements due to shield tunnels .John W Bull .Soil -structure interactio n :numerical analysis and modeling .UK :E &F N ,spon ,1994,647～672.[2] Lee K M ,Ro we R K .Analy sis of three -dimensio nal ground movements :the T hunder Bay tunnel .CanGeotech J ,1991,28(1):25～41.[3] Sakurai S ,T akeuchi K .Back analy sis of measured displacements of tunnels .Ro ck mech rock engin ,1983,16(3):173～180.[4] 杨志法,熊顺成,王存玉.关于位移反分析的某些考虑.岩石力学与工程学报.1995,14(1):11～16.[5] Gioda G ,Locatelli L .Back analysis of the 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inverse analysis on displacements is employed to gain the thickness and elastic modulus ex actly .T he optimal complex method is used in the back analysis .A pedestrian tunnel is analy zed in the paper ,in w hich the subsidence at 150m cross -section is estimated w ith the parameters that are obtained by back analy zing according to the measured lay er -wise subsidence at 50m cross -section .T he calculated result is close to the measured result very well .The example show s that the direct inverse analysis method is effective and reliable for the shield tunnel ,and the supplied parameters can be used to simulate the process of soil displacements well w hich will change with the adv ancing o f the excav ated face .Key words : shield tunnel ,inverse analy sis ,three -dimensional finite element method ,equivalent circle zone ,soildisplacement ·341· 第3期张 云:盾构法隧道的位移反分析及其工程应用。