隧道盾构施工性态时空效应分析

分析等 ， 已成为岩土工程界发展最快 、 影响最大的
软 件 系统 之一 。
本 文针 对地 下 工 程 施 工 过 程 的 非 线 性 特 点 ， 运 用 Ｆａ如建立 了反 映 隧 道盾 构 下 穿 近距 离 既 有 ｌ ｃ 地 铁 口的施 工过 程 的三 维 数 值 计 算 模 型 ， 研究 施
程 ， 入探 讨 其 时 间 与 空 间效 应 。 （ ） 解 采 用 深 ３求
“ 显式” 差分 ， 不需存储修改 刚度矩阵 ， 节约内存 ， 减 少运 算 时 间 ， 高 求 解 速 度 。 （ ） 对 岩 土 工 提 ４针 程开发 ， 材料模型丰富 ， 计算模式多样 ， 内置特有 衬砌 、 土工格栅等单元模拟土质 、 岩石或其它材料 的三维力学行为 ， 尤其适用于软弱介质材料 的弹 塑性 太变 以及施工过程模拟 ， 并可加
入 诸如 断 裂 、 理 构 造 等 地 质 因 素 。 目前 Ｆａ如 节 ｌｃ 已在 ６ ０多个 国家 被广 泛应 用 于工 程地 质 、 岩土 力 学 以及构 造 地质 学和 成矿 学等 研究 领域 。我 国直
至２ ０世纪 ９ ０年代初才引进 Ｆａ如， ｌ ｃ 主要应用 于
工程 地质 和岩 土力 学 分析 ， 如矿 体 滑坡 、 煤矿 开采 沉 陷预测 ， 水利 枢纽 岩 体稳定 性 、 矿巷 道稳定 性 采
摘
要 ：运用基于拉格 朗 日原理 的有 限差分软 件 Ｆａ 作 为基本 工具 ， ｌｅ 对某 隧道 盾构下穿近距 离既有地铁 出
入 口施工过程进行 三维数值 仿真分析 ， 计算结果 表明施工过程对地层沉 降有不可忽视的重要影响 ， 必须加 以
考虑 ， 出结构 所在地层在盾构推进过程 中的变形规 律 ， 而为 类似 工程 的设计与施工采取相 应的措施提供 得 从
１ 工 程 概 况
某 隧 道 的外 径 １ ． 内径 １ ．ｍ ｎｉ ｓ 是 由美 国 Ｉ ｓａＣ ｎｕｔ ｇＣ ｏ ｐＩｃ ｉｅｓ ｎ ） ｏ ｔ ｃ ｏ ｓｌｎ ｒｕ ｎ ａ ｉ
公 司开发 的基 于拉 格 朗 日原 理 的三维 显式 有 限差
施 工 引起 的地层 移动 对近 邻结 构 的功 能损 害和 安 全 威胁 已引 起 学 术 界 和工 程 界 的广 泛 关 注 和 重 视， 从工 程学 科理 论与 实践 的角 度 出发 ， 如何 在 隧 道施 工过 程 中有效 地 预测 和控制 地层 变位 以保 护 既有 结构 的安 全 ， 已成 为 城 市地 铁 工 程 建 设 中必 须解 决 的一项 重要课 题 。 文献 基 于各种 数值模 拟 软件 对新 建 隧道施 工 对 于 既 有 周 边 结 构 如 管 线 ¨ 、 道 干 线 ］ 隧 铁 、 道 ［ 桥 墩桩 基 ¨ 车站 等构 筑 物 。 引、 。及 的影 响 进行 了深入 研究 ， 得 了很 多 研究成 果 ， 由于 隧 取 但
４ｌ
第 ５卷
第 ４期
华北科技学院学报
２０ ０ ８年 ｌ ０月
型在 Ｘ方 向（ 北 向 ） ７ 即出人 口结 构外 围 南 取 ５ｍ，
依据和支持 。
关键词 ：盾构隧道 ；ｌ ３ 时空效应 ； Ｆａ Ｄ； ｃ 数值模 拟； 地层变位
中图 分 类 号 ： ４ ５４ Ｕ ５．３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７ ６ ２—７ ６ （ ０ ８ ０ ０ ４ ０ １９ ２ ０ ） ４— ０ １— ４
随着隧道盾构施工技术的逐步推广应用 ， 因
第 ５卷
第 ４期
华北科技学 院学报
２０ ０ ８年 １ Ｏ月
隧道 盾 构 施 工 性 态 时 空效 应 分 析①
钱 双 彬 陈 方权 董 军。 ②
（ ．华北科技学 院基础部 ， １ 北京 东燕郊 １ １０ ； ．开滦集 团范各庄矿业分公 司 ， ０６ １ ２ 河北 唐 山 ０ ３ ０ ６ １８； 土木 与交通工 程学 院 ， 京 北 １０ ４ ０ ０４） ３ ．北京建筑工程 学院
２ 数值计算模 型
假定土体为连续介质 ， 采用基 于大变形模式
的 弹塑性 理论 的地 层结 构模 型 。 因地 下水 位低 于
隧道位置 ， 以没有考虑地下水 的影 响。计算模 所
① 收稿 日期 ： ０ —７２ 。项 目基金 ： ２ ８０ －１ ０ 华北科技学院科技基金资助（ ０ ０４ 。 Ｂ ６ １ ） ② 作者简介 ： 钱双彬 （ ９４一 ， ， １７ ） 男 硕士 ， 华北科技学 院基础部讲师 ， 主要从事力学 、 结构工程方 面的教学科研工作 。
工 过程对 邻 近结 构 的动态 影 响 。
道盾构施工引起沉降的机理及沉降分布形态极为 复杂 ， 关键 的是 隧道 开 挖 是 一 个 动 态 三维 施 工 最
过 程 ， 多种 因素 影 响 。 受
Ｆａ （ ａｔ ａｒｎ ｉｎＡ ａｙｉ ｏ ｏ ｔ ｕ ｌｅ。 Ｆ ｓ Ｌ ｇａ ｇ ｎ ｌｓ ｆ ｎｉ ａｉ ａ ｓ Ｃ ｎ ｎ
埋 深 １ ． ４ｍ。 隧道 斜 上 方 存 在 一 个 扶 梯 通 ６ ０
道 、 下 通 道 以及 三 间 机 房 。 土 层 以 第 四 系 全 地
分软件 ， 与其他软件相 比的优势在于 ： １ 采用混 （）
合离散化技术 ， 可精确有效模 拟材料 的塑性破坏
和塑 性 流动 。 （ ） 力 学 方 法 ， 更 好 模 拟 系 统 ２动 可
的力 学不 平衡 到 平衡 ， 追踪 介 质 动 态 演 化 的 全 过
新 统 人 工 堆 积 层 素 填 土 、 填 土 和 第 四 系 全 新 杂 统 冲 洪 积 及 第 四 系 上 更 新 统 冲 洪 积 的粘 性 土 、
粉 土 、 土 及 圆 砾 、 石 为 主 。 隧 道 与 车 站 出 砂 卵 入 口结 构 的 相 互 关 系 及 所 研 究 １～５剖 面 位 置 如 图 １所 示 ：