盾构法施工对管线影响的数值模拟

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到土层分布的不同对管线位移变化的影响;3 ) 未 能考虑开挖至不同位置， 管线的沉降变化. 基于上述问题， 针对合肥上软下硬这一特殊土 层的分布， 运 用 MIDAS/GTS模拟盾构隧道开挖对管 线的影响,给出不同开挖步骤管线的沉降变化， 并充 分考虑了不同埋深的管线的沉降变化规律.
方向） x 30
粘聚力/ 土层 粘土 1 粘土 2 粘土 3 全风化岩 强风化岩 ( 40 45 42 20 20 内摩擦角 /(°) 13 15.9 16.5 16 16 ( 容重/ 19.8 20 20 19.7 20 压缩模量/ 泊松比 0.32 0.31 0.31 0.3 0.3 10 12 12 18 20
构施 工 ， 城市地下结构复杂， 各种管道错综复杂， 盾 构开挖引起管线变形的现象明显增多.盾构机开挖 过程 中 ， 地下管线变形的根本原因是由于开挖土体 所造成的地层损失以及隧道周围的土层受到扰动 或剪切破坏的再固结[|].变形严重时会导致各种管 线的破坏， 通讯系统短路,电力管线障碍， 污水水管 爆裂， 天然气外泄等,都将对社会和人身安全产生 非常大的影响.如 何 能 预 防 这 些 现 象 的 发 生 ， 保护 工程行进路线的埋深管线的安全， 是地铁开挖过程 中必须要解决的问题. 关于盾构法施工对已埋管线的影响.毕继红[ 2 ] 等 人 运 用 ABAQUS有 限 元 分 析 软 件 ， 考虑管线埋 置深度、 管线质地、 下卧层刚度等相关条件构件三 维有限元模型分析管线所受的影响.分析数据表 明， 土层性状不同， 管线的材质以及直径不同， 管线 发生的变形和产生的内力将会发生明显的变化， 进
童雪雪\李云凤
(1. 安徽新华学院土木与环境工程学院 ， 安 2
, 袁 粲
3
徽 合 肥
2 3 0 0 8 8 ; 2 . 安徽城建学院土木工程系 ， 安
徽 合 肥
230000;
3 . 合肥鑫晟光电科技有限公司， 安
徽 合 肥
2 3 0000)
摘要： 为了分析盾构法开挖隧道周围管道的变形， 采 用 MIDAS/GTS 数值分析模拟整个开挖的过 程， 土层的建立选用摩尔-库伦模型， 地下管线和混凝土衬砌的模拟采用线弹性模型， 土层的破坏 过程符合张拉剪切组合的 Mohr-Coufomb准则.充分考虑开挖过程中应力的释放， 按照施工步骤 逐步施加衬砌,得出盾构推进到不同位置管线的沉降变化， 同时分析管线变形与管线埋置深度的 关系.结果表明， 隧道开挖至不同距离时， 管线的沉降符合一定的变化， 当管线与隧道的相对位置 不同时， 管线的沉降有较为明显的变化. 关键词 ： MIDAS/ GTS;管线埋深;盾构； 数值分析 中图分类号 :TU473.2 文献标志码:A 而给出一些具有实际意义的规律.彭基敏[3]等采用
收稿日期： 2017-03-01 基金项目： 2016安徽省高校优秀青年人才重点项目（ 作者简介： 童雪雪（ 1988-),女 ， 安徽淮北人， 助教， 硕士.
gxyqzd2016390);省 级 质 量 工 程 -特 色 专 业 土 木 工 程 项 目 （2011tszys01)
第4期
童雪雪等:盾构法施工对管线影响的数值模拟
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引言
随着城市地铁项目施工越来越多地采用了盾
ANSYS软件解出已埋线路在刀盘推力、 盾构开挖
面距离该条管线的远近、 注浆强度的高低等各种影 响原因的变化.马涛[4]等学者根据自身编写的有限 元 程 序 ,对城市隧道施工管线所受影响进行了简单 的模拟,整个过程并没有考虑到工序的过程， 建立 的是二维的计算， 这 与 实 际 三 维的施工过程不相 符.基于 W inkler 弹 性 地 基 梁 理 论 ， 高 文 华 [5]分析 了开挖基坑的过程中,周围的管线在水平和竖直方 向上会发生怎样的变化， 给出了相应的推导公式, 同时分析了引起地下管线发生变形的因素,总结出 一些管线变形控制标准及安全度评价准则[5].在软 土地层,孙玉 坤 [6]等人通过 对 不 同 位 置 的 沉 降 数 据的分析， 总结了上、 下行线路的地下管线隧道沉 降规律带来的变化. 通过上述论述可以看出， 隧道开挖过程对埋置 管线的影响问题来说， 研究 的 不 够 全 面 ， 具体表现 在:1)盾构开挖是一个复杂的过程,不能简单的考 虑成二维问题;2 ) 大多数的研究未能充分的考虑
m (z 方 向 ） .土体模型为莫尔-库伦模型，
网格划分如图2 所示.
1 模型的建立
目前在建的合肥轨道交通3 号线大多经过繁 杂的市区， 土层中管线分布较为复杂， 本文选取该 线路地下线路某段进行模拟分析， 得出相关结论. 1 . 1 模型的假设与土层参数的选定 对土体的力学性质进行分析是为了分析在荷 载的作用下， 土层及其连接的结构将会发生怎样的 变化.地区不同， 土体的材料特性会有明显的差距， 对于地层的分析,通常会有一些不确定的因素， 比 如地形和地下水因素， 因此输人条件对整个分析结 果会有较大的影响.想要模拟出与真实土层完全相 同的结构， 从现实和经济的角度来说， 可行性不大. 因此对于整个模型的建立， 考 虑主要的条件， 适当 地简化分析模型是必要的. 本次计算中假定前提如下： 1) 模拟； 2 ) 管片衬砌视作线弹性材料， 用面单元模拟； 3 ) 米 用 Mohr-Coulomb屈服准则； 4) 对模型周围边界及其下表面施加单向铰支 约束， 上表面采用自由约束. 1 . 2 计算尺寸的确定 地层米用实体单兀， 用 图1 管线的埋置深度及其与隧道的相对位置（ 单位:m) 表 1 三维模型计算中采用的地层和材料参数
kN/ m 2)
kN/ m 3) ( kN /m 2)
第 24卷 第 4 期 2017 年 8 月
文 章 编 号 ：〇〇9-2269( 201 7 ) 0 4 - 0 0 2 2 - 0 4
兰州工业学院学报
Journal of Lanzhou Institute of Te2017
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盾构法施工对管线影响的数值模拟