盾构隧道急曲线段施工数值模拟分析

合集下载

地铁盾构隧道掘进过程ANSYS数值模拟分析

地铁盾构隧道掘进过程数值模拟分析具体做法如下：⑴采用在掘削面施加顶进压力的方法来模拟开挖面土体的移动；⑵采用施加注浆压力的方法来模拟盾尾注浆过程；⑶采用更换注浆层材料参数的方法来模拟盾尾注浆对盾尾空隙的填充效果。

由于目前计算软件的限制，难以模拟盾构机推进过程中对土体的扰动，这里简化处理。

即假定盾构隧道开挖后，随机进行注浆。

计算时，只需将开挖不断地向前推进，同时在后面进行注浆、换材料参数等操作，即可实现盾构隧道的动态开挖过程，详细的计算操作见后面的求解过程。

工程问题的描述地铁盾构隧道管片衬砌内径为 5.4m，外径为D=6m，埋深为12m 自上至下，根据土层的物理性质参数不同将其分为 3 层，各层的材料参数和厚度如下：第一层：厚8m，E=3.94Mpa，v=0.35，ρ=18.28KN/m3第二层：厚18m，E=20.6Mpa，v=0.3，ρ=20.62KN/m3第三层：厚15m，E=500Mpa，v=0.33，ρ=21.6KN/m3 施工中掘削面顶进压力为0.3Mpa，盾尾注浆压力为0.15Mpa 模型的建立!进入前处理器FINISH/CLE/PREP7 !进入前处理器ET,1,SOLID45 !定义实体单元ET,2,MESH200,6 !定义非求解单元，辅助面网格的划分! 定义模型中的材料参数。

模型中共有 5 种材料，其中土体有 3 种，即地表浅层覆土、盾构隧道所在土层和基岩及管片衬砌和注浆层。

其中，管片衬砌为管片式的拼装结构，为了计算方便，将其等效为一均质体，等效时对原有刚度进行折减。

定义材料参数的命令流如下：!土体材料参数MP,EX,1,3.94E6 !第一层土层材料参数MP,PRXY,1,0.35MP,DENS,1,1828MP,EX,2,20.6E6 !第二层土层材料参数MP,PRXY,2,0.30MP,DENS,2,2160MP,EX,3,500E6 !第三层土层材料参数MP,PRXY,3,0.33MP,DENS,3,2160!管片材料参数，管片衬砌按各向同性计算MP,EX,4,27.6E9MP,PRXY,4,0.2MP,DENS,4,2500!注浆层，参数按水泥土取值MP,EX,5,1E9MP,PRXY,5,0.2MP,DENS,5,2100!建立平面内模型并划分单元!在隧道中心线定义局部坐标，便于后来的实体选取LOCAL,11,0,0,0,0 ! 设置局部直角坐标系原点坐标(0,0,0)LOCAL,12,1,0,0,0 ! 设置局部柱坐标系原点坐标(0,0,0) CSYS,11WPCSYS,-1CYL4,,,,,2.7,90CYL4,0,0,2.7,0,3,9 0CYL4,0,0,3,0,3.2,9 0RECTNG,0,4.5,0,4.5 AOVLAP,ALL NUMMRG ,ALL !创建开挖土体所在的面!创建管片!压缩编号!将当前坐标系转化为局部直角RECTNG,4.5,31.5,0,4.5NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALL!划分单元MSHAPE,0,2D !采用四边形单元划分网格MESHKEY ,1 !映射网格划分TYPE,2LESIZE,1,,,6LESIZE,2,,,6LESIZE,3,,,6AMESH,1LESIZE,4,,,6LESIZE,8,,,2LESIZE,9,,,2AMESH,2LESIZE,5,,,6LESIZE,10,,,1LESIZE,11,,,1AMESH,3LESIZE,12,,,3LESIZE,13,,,3LESIZE,6,,,3LESIZE,7,,,3LESIZE,14,,,8,2LESIZE,16,,,8,0.5AMAP,4,7,6,8,10AMAP,5,9,8,11,12!利用对称性，得到下半部分模型ARSYM,Y ,ALL !通过坐标轴对称建立面NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALLALLSEL,ALL!建立隧道下方土层模型RECTNG,0,4.5,-4.5,-26RECTNG,4.5,31.5,-4.5,-26NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALLLESIZE,28,,,3LESIZE,29,,,5,0.5LESIZE,30,,,5,2LESIZE,32,,,5,0.5LESIZE,31,,,8,2ASEL,S,AREA,,11,12,1!建立隧道土方土层模型AMESH,ALLRECTNG,0,4.5,4.5,15RECTNG,4.5,31.5,4.5,15NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALLLESIZE,34,,,3LSEL,S,LINE,,35,36,1LSEL,A,LINE,,33LESIZE,ALL,,,4LSEL,S,LINE,,37LESIZE,37,,,8,0.5AMESH,13AMESH,14NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALL!利用对称性得到平面内的全部模型ALLSEL,ALLARSYM,X,ALLNUMMRG ,ALLNUMCMP,ALL!建立体模型。

盾构法开挖梅岭隧道施工过程数值模拟分析

摘要：以梅岭隧道工程开挖实践为依托，结合数学与力学的研究方法，采用ＡＮＳＹＳ有限元软件，开
展由盾构施工所引起土体变形的三维有限元数值模拟计算的研究，计算了盾构法开挖引起的地层位
移、地表沉降及管片衬砌应力曲线，分析了地层位移、地表沉降及管片衬砌应力特点，以期为施工和设计提供指导。研究表明，地层位移沉降和隆起的最大值分别出现在隧道的拱顶和仰拱处；地表沉降的最大值出现在模型的边界开挖面上；管片衬砌应力的最大值出现在管片的中间两侧。关键词：盾构法；数值模拟；地层位移；地表沉降；管片衬砌应力
ｃｈａｎｉｃｓｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓ．ＴｈｅｕｓｉｎｇｏｆＡＮＳＹＳｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ
ｔｈｒｅｅ— ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｇｒｏｕｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｙｓｈｉｅｌｄｄｒｉｖｅｎ．，ｒｏｇｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｅｔｓｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｓｅｇｍｅｎｔｓｃｕｒｖｅｃａｕｓｅｄｂｙｓｈｉｅｌｄｄｒｉｖｅｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｅｌｃａｕｌａ－ｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｇｒｏｕｎｄｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｇｒｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｓｅｍｅｇｎｔｓｉｓａｎａ－ｌｙｚｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｓｒｏｆａｃｔｕａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃａｎｂｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｄｉｒｅｃｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｕｃｒｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｐｐｅａｒｅｄｉｎｔｕｎｎｅｌｖａｕｌｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｕｐｌｉｔｆｉｎｔｕｎｎｅｌｉｎｖｅｒｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍａｌｓｕｒｆａｃｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｗａｓｏｎｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｉｎｈｅｔｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｍａｘｉｍａｌｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｓｅｇｍｅｎｔｓａｒｅｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔｓｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ；ｎｕｍｅｒｉｃｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｇｒｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｅｓｓｉｎｅｇｓｍｅｎｔｓ

地铁盾构隧道掘进过程数值模拟分析

挖步包含两个计算步：第一计算步模拟开挖、施加盾尾注浆压力；第二计算步模拟上管片衬砌和注浆层硬化。为避免建模时的重复操作，本计算以命令流的方式进行，型材料选取与实际较相近模的ＳＬＤ５和用于划分平面网格的辅助单元ＭＥＨ０。以下是ＯＩ４Ｓ２０土体分层后的模型及网格划分图。
道上，围高楼林立以及城市管道的复杂分布情况，周稍有不慎，均（此处将土层加以简化，将土层各参数较为接近的合并为一个整会引起巨大的损失。因此，有效的对地下工程施工进行预测成为体）各层的材料参数和层厚为：，迫切的需要。现利用大型仿真数值模拟计算软件ＡＳＳ通过对ＮＹ，表１各土层参数盾构隧道在掘进过程中，这一动态变化进行数值模拟分析，详细ＴｂｅＳｉｐｒｍｅｅｓａｌｌｏｌａａｔｒ
了解开挖、盾尾注浆、上管片衬砌以及注浆层硬化等每一步地表沉降及周围土体扰动变形，为设计、可监控量测及预测提供相关依据。
１隧道及地下工程施工力学数值模拟
随着现代轨道交通的兴起，城市地铁以及深山隧道因为其经济适用愈发成为国家发展的首选之一。伴随而来的是相关各学科的兴起与发展，最近十多年，隧道结构的动静力学计算成为当今依据相应的工程经验得知：施工中的顶进压力为０３ａ盾．ＭＰ，世界一项比较复杂及亟待解决的课题。地层岩土介质和隧道结构尾注浆压力为０１Ｍａ．Ｐ。５相互作用过程相当复杂ｌ引。只有那些均质、同性的线弹性体系，才３模型的建立能得到比较精确的计算结果。但对非线性岩土和几何外形较为复本文以某城市拟建盾构区间为例，利用ＡＳＳ计算软件对ＮＹ杂的隧道结构，其力学计算必须借助数值分析方法才能进行。盾构掘进过程进行有限元分析。选取施工过程中的几个节段作为现在一般用于隧道开挖、护过程的数值分析方法：支有有限元基本模型进行模拟计算，在本计算实例中，每步２年第３期

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析随着城市化进程的不断加快，地下管线的建设和维护变得越来越重要。

在实际的工程施工中，地下管线的沉降问题一直是工程施工和运营中需要重点关注的问题之一。

盾构法是现代城市地下管线施工的一种重要方式，其施工过程中地下管线的沉降监测和数值模拟分析成为了广泛关注的研究课题。

盾构法施工中地下管线沉降监测的重要性盾构法是一种通过盾构机进行地下管道开挖和铺设的技术。

在盾构法施工中，地下管线的沉降监测是非常重要的，主要原因有以下几点：地下管线的沉降对城市交通和市政设施的安全运行有着重要的影响。

如果地下管线发生沉降，可能会导致道路塌陷、管线断裂等问题，给城市交通和市政设施带来一系列的安全隐患。

地下管线的沉降对周边建筑物和地基的稳定性也有一定的影响。

大规模的地下管线沉降可能会导致周边建筑物的倾斜或者地基的沉降，造成建筑物的损坏和安全隐患。

盾构法施工中地下管线沉降监测对于保障城市交通和市政设施的安全运行，维护周边建筑物和地基的稳定性具有非常重要的意义。

1.实地测量法：通过在地下管线附近设置监测点，采用激光测距仪或者全站仪等测量仪器，对地下管线附近的地面进行定期的测量，得出地面沉降的数据。

2.遥感监测法：通过卫星遥感、航空遥感等技术，对地下管线周围的地面进行周期性的遥感监测，获得地面变形的数据。

3.地下管线内部监测法：在地下管线内部设置测量装置，通过测量管线内部的应力、位移等参数，分析管线变形情况。

这些方法可以对地下管线的沉降情况进行有效监测，为管线沉降的分析和预测提供了基础数据。

数值模拟分析在盾构法施工中的应用除了地下管线沉降监测外，数值模拟分析也成为了盾构法施工中地下管线沉降研究的重要手段。

数值模拟分析是通过数学建模和计算机仿真的方法，对盾构法施工过程中地下管线的沉降进行研究和分析。

数值模拟分析可以通过建立地下管线、土体、施工工艺等多个物理模型，结合盾构法施工过程中的施工参数和环境条件，对管线沉降过程进行仿真计算，得出地下管线沉降的预测结果。

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析盾构法施工中地下管线的沉降监测与数值模拟分析是为了确保工程施工安全和保护地下管线的完整性，避免对周围环境和建筑物的影响。

本文将介绍盾构法施工中地下管线沉降监测的方法和数值模拟分析的步骤。

盾构法施工中地下管线的沉降监测是通过设置监测点位和采集实时数据来进行的。

监测点位通常设置在管线两侧，具体位置根据管线的深度和施工工艺而定。

监测数据可以通过传感器或测量仪器进行实时采集，包括沉降、倾斜和变形等参数。

监测数据应定期进行分析和评估，以确定沉降情况是否符合设计要求，同时及时发现异常情况并采取相应措施。

数值模拟分析是通过建立地下管线沉降的数学模型，模拟盾构法施工过程中的地下管线沉降情况。

数值模拟分析通常包括以下步骤：确定模型的边界条件和材料参数。

边界条件包括施工期和使用期的地表荷载、土体的强度参数和初始应力状态等。

材料参数包括土体的本构关系和管线的强度等。

建立地下管线沉降的数学模型。

模型可以采用有限元法或差分法等数值计算方法，根据地下管线的几何形状和工程特征建立模型的几何形状和边界条件。

然后，进行数值模拟计算。

根据模型设定的边界条件和材料参数，利用计算软件进行数值模拟计算，得到地下管线在施工过程中的沉降情况。

对数值模拟结果进行分析和评估。

将数值模拟计算得到的沉降结果与实际监测数据进行比较，评估模型的准确性和可靠性，发现模型与实际情况的差异，并进行相应的调整和改进。

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析是确保工程施工安全和保护地下管线完整性的重要手段。

通过监测和分析，可以及时发现问题并采取措施，确保地下管线施工过程中的安全和稳定。

数值模拟分析可以提供更加直观和准确的施工预测和评估，为工程设计和施工提供科学依据。

盾构下穿施工对隧道影响的数值模拟分析

专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘要:针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。

研究结果表明: 在盾构推进至距既有隧道边缘3 m 前，隧道会发生隆起，且在此位置时隆起量最大，之后开始沉降，在盾构将要穿出既有隧道时，沉降增量最大; 隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大，而沉降量与之相反; 盾构下穿时，既有隧道结构横截面上会产生扭转，扭转角的大小随盾构推力增大而增大，随既有隧道刚度增大而减小。

为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行，在距既有隧道边缘 3 m 时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度非常有效。

关键词:隧道盾构下穿数值模拟竖向位移横向扭转随着城市地下轨道交通的发展，下穿既有线路的情况时有发生。

由于新线穿越既有线不可避免地会引起既有隧道结构产生附加应力和沉降，而地铁运营又对既有线的轨道变形有非常严格的控制标准，依据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，运营隧道结构水平和沉降最大位移应＜ 20 mm;根据《铁路线路维修规定》，轨道纵向每 10 m 的沉降差应＜ 4 mm 。

因此这类下穿工程对既有地铁的安全形成了严峻的考验。

分析盾构下穿既有隧道的力学行为是非常必要的。

姜忻良、赵志明等［1］用理论推导的方法，提出隧道开挖时，上覆土在不同深度处的沉降计算公式; 汪洋、何川等［2］利用模型试验和数值分析的方法，并考虑了隧道纵向和横向刚度的折减得到围岩、净距、推力对上覆隧道的位移和附加应力的分布规律; 文献［3-5］利用三维数值模拟的方法提出下穿盾构的推进与上方近接隧道结构位移的关系; 陈越峰、张庆贺等［6］通过数值模拟及实测数据的反馈，找出了上覆隧道的沉降规律; 张海波、殷宗泽等［7］运用三维数值模拟的方法得出上、下隧道间的距离和相对位置对彼此的影响。

本文以某盾构隧道下穿既有暗挖隧道工程为背景，采用有限元软件建立三维数值分析模型对盾构下穿既有隧道全过程进行动态模拟。

隧道盾构法施工的三维有限元数值模拟分析

隧道盾构法施工的三维有限元数值模拟分析
程彬
（１．中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安
卢靖
７１００７７；２．中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西西安７１００５４）
摘
要：根据有限元的基本原理，对隧道盾构法施工过程进行了三维数值模拟分析，研究了盾构施工推进过程中隧道围岩的应力、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位移和地表的沉降及衬砌结构受力情况，为以后的设计和施工提供相关依据。
关键词：ＡＮＳＹＳ，有限元，数值模拟，隧道，盾构法
中图分类号：Ｕ４５５文献标识码：Ａ
随着大型有限元软件的迅猛发展，近年来隧道的设计水平也第③ 层为弱风化砂岩，厚度大于２０ｍ。隧道埋深约１５ｍ，洞身位
相应得到了很大进步，通过计算机的三维数值模拟分析，使我们于第 ② 层强风化砂岩中，隧道衬砌内径为５．４ｍ，衬砌厚度为
在施工前后可以进行工程风险评估，建立施工动态数据信息，减０．６ｍ。各围岩的分布及主要物理、力学性质见表１。小施工风险，同时对设计工作提供更进一步的依据。国内外专家学者对盾构法施工的研究方法可归纳为：经验公
④衬砌
⑤ 注浆层
２．５
２．１
２８Ｏ０ｏ
ｌ０００
Ｏ．２
Ｏ．２
１工程概况

隧道地铁开挖过程中的数值模拟与施工技术

隧道地铁开挖过程中的数值模拟与施工技术隧道地铁的建设是一项复杂而重要的工程，其中数值模拟与施工技术起着关键作用。

本文将介绍隧道地铁开挖过程中的数值模拟技术以及相关的施工技术，以期能够更好地理解和应用于实际工程中。

一、数值模拟技术隧道地铁的开挖过程涉及到地质、土力学、结构力学等多个学科领域的知识。

为了准确预测开挖过程中的地表沉降、地下水位变化、支护结构变形等情况，需要使用数值模拟技术进行分析和计算。

数值模拟技术主要包括有限元法、边界元法、离散单元法等。

有限元法是其中应用最广泛的一种方法，它将隧道及周围土体划分为有限个小单元，并通过数学方程来描述各个单元的力学行为。

通过求解这些方程，可以得到开挖过程中的应力、位移、变形等参数。

在数值模拟中，需要准确输入土体和岩体的力学参数，如强度、刚度等。

这些参数可以通过现场勘探和实验室测试得到，也可以通过文献和经验值进行估计。

此外，还需要考虑开挖过程中的施工序列、施工方法等因素，以便更准确地模拟实际情况。

通过数值模拟，可以评估开挖过程中的地表沉降、地下水位变化等影响因素，为隧道地铁的设计和施工提供科学依据。

同时，数值模拟还可以用于优化支护结构设计、预测施工风险等方面，提高工程的安全性和经济性。

二、施工技术隧道地铁的施工技术包括开挖方法、支护结构、施工工艺等方面。

不同地质条件和工程要求，需要采用不同的施工技术。

1. 开挖方法隧道地铁的开挖方法主要有盾构法、爆破法和钻爆法等。

盾构法适用于软土、淤泥等地质条件，通过盾构机进行土体开挖和支护。

爆破法适用于坚硬岩石等地质条件，通过爆破药物破坏岩石，然后进行清理和支护。

钻爆法结合了盾构和爆破的优点，适用于复杂地质条件。

2. 支护结构隧道地铁的支护结构主要包括钢支撑、混凝土衬砌、预应力锚杆等。

钢支撑是常用的一种支护方式，通过钢梁和钢板进行固定和支撑。

混凝土衬砌是另一种常见的支护方式，通过预制或现浇混凝土构件进行支护。

预应力锚杆是一种较新的支护技术，通过张拉预应力锚杆来增加地下结构的稳定性。

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析随着城市化进程的快速发展，城市地下管线的数量和规模不断增加。

地下管线的布设往往会影响到城市地铁、隧道、地下商场等工程的施工。

因此，在地下管线施工过程中，需要对管线进行监测，保证管线的安全。

目前，盾构法在城市地下建筑物的施工中得到了广泛应用。

在盾构施工期间，地下管线的沉降问题是一个较为常见的问题。

为了预防和解决地下管线沉降问题，需要进行管线沉降监测和数值模拟分析。

一、地下管线沉降监测地下管线沉降监测是指在施工过程中对地下管线进行实时监测，发现管线沉降情况及时采取措施，保证地下管线及周边设施的安全。

地下管线沉降监测可以采用多种方法，比较常见的有：1. 底板位移法：在地下管线周围设置一定数量的传感器，测量管线周围的土体沉降情况，通过计算得出管线的沉降量，根据监测结果及时采取措施。

2. 光纤传感监测法：利用信号传输与反射原理，将光纤传感器固定在地下管线旁边，通过测量光传输时间或光的反射强度来监测管线周围土体的变化情况，进而得出管线沉降量。

3. 挂测法：在地下管线上方固定一定数量的挂测设备，测量管线上方的地面高程，通过计算地面高程的变化情况得出地下管线的沉降量。

在盾构法施工中，通过建立有限元模型，对地下管线沉降进行数值模拟分析，可以预测盾构工程对地下管线的影响，并及时采取措施保证管线的安全。

数值模拟分析的基本步骤包括：1. 搜集盾构施工地点的现场资料，包括盾构的位置、管线特征、地质情况等。

2. 根据搜集到的资料建立管线沉降的有限元模型。

3. 设定盾构施工的参数，包括挖掘深度、掘进速度等参数。

4. 进行数值模拟计算，得出地下管线沉降情况。

总之，地下管线沉降监测和数值模拟分析都是在盾构施工中保证地下管线安全的重要手段。

在盾构施工的整个过程中，需要不断监测管线的沉降情况，并及时采取措施保证管线的安全。

同时，通过数值模拟分析，能够预测盾构工程对地下管线的影响，及时采取措施保证管线的安全。

盾构法隧道下穿既有结构三维数值模拟分析

第30卷,第6期中国铁道科学Vol 130No 16　2009年11月 C HINA RA IL WA Y SCIENCENovember ,2009　文章编号:100124632(2009)0620054207盾构法隧道下穿既有结构三维数值模拟分析杨广武1,关　龙2,刘　军2,郑知斌3(1.北京交通大学,北京　100044; 2.北京市政集团,北京　100045; 3.北京市市政工程研究院,北京　100037) 摘　要:以北京地铁10号线9标段盾构法开挖隧道穿越城铁13号线芍药居车站工程为依托,采用三维有限差分软件FL AC 3D 对盾构施工过程进行数值模拟,分析盾构穿越既有结构时对其沉降的影响规律。

研究结果表明:既有线车站结构的沉降随地基变形模量的提高而减少,且沉降趋势逐渐变缓;既有结构最大沉降增大的速率比围岩荷载释放率增大的速度快;增大开挖面的控制压力,可有效减小既有结构的沉降,但过大的控制压力会使前方土体隆起,产生负地层损失,并且随着开挖面控制压力的提高,差异沉降明显增大。

通过施工参数的优化可以减小既有结构的沉降,达到保护既有结构的目的。

关键词:隧道;盾构法;既有结构;变形;数值模拟中图分类号:U455143 文献标识码:A　收稿日期:2009205212;修订日期:2009209211　基金项目:北京市政总公司(集团)基金资助项目(科2J 206116)　作者简介:杨广武(1956年—),男,北京人,教授级高工,博士研究生。

随着城市轨道交通的不断发展,换乘节点不断增加,必然出现新建地铁隧道近距离穿越既有地铁隧道或车站的现象,即所谓的近接施工。

控制新建隧道穿越既有地铁隧道或车站所引起的变形,确保既有地铁隧道或车站的结构安全和新建隧道的顺利掘进,是地铁施工面临的重要课题。

土压平衡盾构施工较为突出的问题是盾构挤压推进对周围土体的扰动较大,合理设置和控制土压对于控制地表沉降至关重要[123]。

重叠盾构隧道施工数值模拟与施工对策分析

ＦＡＤ软件对盾构小半径曲线区段施工过程进行了数值模拟，确定了 ” ＬＣ３先下后上 ”的开挖方法，并就施工过程中所出现的问
题提出了相应的对策。
【词】盾构隧道重叠区间小半径区问数值模似施工对策关键【中图分类号】４５Ｕ５／文献标识码Ｂ【文章编号】０４１０（０００－１４０１０—０１２１）０ — ３２１
大型岩土工程分析软件ＦＡ３ＬＣＤ进行数值模拟。为减少边界约束效应，计算范围按左右边界距隧道中心线距离不小于５倍洞径考虑，底部边界距隧道底部的距离按不小于５倍隧道高度考虑。整个计算模型在ｘＹｚ三个方向、、尺寸为６０ｍ×６ｌ７５ｍｙ轴正向为盾构隧道开挖方０Ｉ×５．，ｌ
口赵书银
（上海交通大学２０５）０００【要】摘介绍广州市轨道交通五号线区庄站～杨箕站盾构区间工程中的区庄站～动物园站及动物园站～杨箕站两个盾构区
间中出现的水平、上下近距离交叠区间隧道盾构法设计施工。针对工程的地理位置、规模及本工程的重点及难点．应用
号线盾构区间中出现的水平、下近距离交叠区间隧道盾构上法设计施工研究近距离施工条件下盾构隧道的变形控制问
题。
２重叠盾构施工数值模拟
２１计算模型及参数．根据动物园一杨箕区间工程地质与水文地质条件，研究自动物园站始发重叠盾构施工对地表变形的影响，计算采用
通用环的组合形式。两区间隧道穿越的地层围岩类别为ＩＩＩ

盾构隧道开挖数值模拟研究与现状

建材世界2017年第38卷第4期d o i：10. 3963/j.is s n. 1674-6066. 2017. 04. 028盾构隧道开挖数值模拟研究与现状姚力1郑小庆2张光辉1魏林春3(1.武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉430070;.中南建筑设计院股份有限公司，武汉430070;3.上海隧道工程股份有限公司，上海200137)摘要：盾构法在隧道施工中的应用越来越广泛，为了分析其开挖对环境的影响，往往需要借助数值分析软件对整个开挖过程进行模拟。

数值分析软件通常包含多种材料本构模型，可真实有效的反映土体的工程特性，解决岩土工程问题。

首先介绍有限元法数值模拟盾构开挖的国内外研究实例，然后借助数值分析软件A B A Q U S,阐述其模拟盾构隧道开挖的有限元理论，最后对数值模拟盾构隧道开挖进行总结。

关键词：盾构；数值模拟；研究现状；A BA Q U S; 有限元理论R esearch and C urrent Situation o f the N um erical Sim ulation o fShield Tunnel E xcavatio nYAO L i1,ZHENG Xiaa-qin g2,ZHANG Guang-hui1,WEI Lin-chun3(1. School of Civil Engineering and A rchitecture, W uhan U niversity of T echnology, W uhan 430070 ,C hina；2. Central South A rchitectural Design Institute C o»Ltd »W uhan 4 30070 »C hina;3. Shanghai T'unncl Engineering C o»Ltd »Shanghai 200137 ,China)A b s tra c t ：Shield method is more and m ore widely used in tunnel construction. In order to analyze the influence ofexcavation on the environm ent, the whole excavation process is often sim ulated by numerical analysis softw are. N um erical analysis softw are usually contains a variety of m aterials constitutive m odel» which can truly and effectively reflect the engineering characteristics of so ila n d then solve the problem of geotechnical engineering. T'h research status of numerical sim ulation shield excavation at hom e and abroad)then discussed the fin of sim ulated shield tunneling with finite elem ent softw are ABAQUS. Finally»the numerical sim ulation of shield tunnel excavation was sum m arized.K e y w o rd s:shield ; numerical sim ulation；research sta tu s; A BA QU S; finite elem ent theory目前国内外针对盾构隧道施工对周围环境影响的研究方法主要有经验分析法、理论分析法、数值分析法、现场试验及室内模型实验法，对于理论分析和实验难以实施的岩土工程问题，许多学者和工程师常采用数值分析的方法来进行研究，数值分析法也逐渐成为国际上公认的解决工程中各种问题的通用方法，在计算隧道开挖引起的土体变形领域的应用越来越广泛。

盾构隧道施工中的土体力学行为模拟与分析

盾构隧道施工中的土体力学行为模拟与分析1. 引言盾构隧道施工是现代城市基础设施建设中常用的方法之一。

在施工过程中，土体的力学行为对盾构隧道的稳定性和安全性有着重要影响。

因此，进行土体力学行为的模拟与分析对于设计和施工的决策具有重要意义。

2. 盾构隧道施工中的土体力学行为模拟方法2.1 数值模拟方法数值模拟方法是目前应用最广泛的模拟土体力学行为的方法之一。

该方法通过建立数学模型，并采用有限元法、边界元法等数值计算方法，对土体行为进行模拟。

数值模拟方法能够考虑土体的非线性、孔隙水压等因素，较为准确地预测盾构隧道施工中的土体变形、应力、稳定性等问题。

2.2 物理模拟方法物理模拟方法通过建立物理模型，利用模型进行试验，来模拟土体力学行为。

常用的物理模拟方法包括模型缩尺试验和桩基试验。

物理模拟方法在预测土体力学行为方面具有一定的优势，尤其对于复杂地质条件的情况更能够提供准确的结果。

3. 盾构隧道施工中土体力学行为的分析3.1 土体变形分析在盾构隧道施工过程中，土体的变形是一个重要的问题。

变形分析可以通过数值模拟方法或物理模拟方法来进行。

该分析能够预测土体的沉降、挤压、扭转等变形情况，为施工工艺和安全措施的制定提供依据。

3.2 土体应力分析土体的应力分析是盾构隧道施工中的另一个关键问题。

应力分析能够揭示土体承受的力的分布情况，指导施工过程中的支护设计和施工方案的选择。

数值模拟方法可以通过模拟盾构掘进、支护等施工过程，得出土体的应力分布。

3.3 土体稳定性分析土体的稳定性是盾构隧道施工中要重点关注的问题。

稳定性分析可以通过数值模拟方法对土体的破坏和失稳情况进行预测。

分析结果可以提供工程师参考，采取相应的修正措施，确保盾构隧道的施工安全。

4. 盾构隧道施工中土体力学行为模拟与分析的应用4.1 施工方案制定盾构隧道的施工方案制定需要充分考虑土体的力学行为。

通过模拟与分析，可以通过不同的施工参数和工序进行试算，选择最佳的施工方案，确保施工的平稳进行。

软土场地双线盾构地铁隧道施工数值模拟分析

软土场地双线盾构地铁隧道施工数值模拟分析
王刚;张津钰;吕杨
【期刊名称】《施工技术（中英文）》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】以天津软土场地某双线盾构地铁隧道为研究对象,数值模拟了地铁盾构隧道掘进过程,研究不同计算方法、不同隧道埋深以及不同双线净距对地表沉降的影响。

研究结果表明,双线净距越大、隧道埋深越小时,等效圆法所得的地表沉降结果与工程经验相差较大,不适用于双线隧道盾构施工地表沉降预测;叠加法能考虑双线隧道的相互干扰作用,获得地表W形沉降曲线;双线净距较大且隧道埋深较小时,地表沉降呈W形沉降模式,其他情况下均为V形沉降模式,地表沉降最大值随着隧道埋深和双线净距的增大而减小。

【总页数】7页(P35-41)
【作者】王刚;张津钰;吕杨
【作者单位】中铁一局集团天津建设工程有限公司;天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室;天津城建大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U455
【相关文献】
1.地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析
2.双线盾构地铁隧道施工地表沉降数值分析
3.武汉地铁双线隧道区间盾构法施工的三维数值仿真分析
4.
地铁盾构隧道施工对紫金港隧道影响数值模拟分析5.软土盾构隧道近距离穿越既有地铁影响数值分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

某地铁盾构隧道的数值模拟计算

某地铁盾构隧道数值模拟计算摘要: 针对具体的工程和现场监测以及实测资料,用FLAC 对某一地铁盾构隧道施工过程进行数值模拟，对模拟数据进行了分析,得出了隧道位移变形、各种应力云图等重要工程信息, 得出盾构隧道和周边围岩的变化规律, 对改善盾构隧道的施工方法, 提高工程质量, 确保工程安全, 具有重要的理论意义和工程实用价值。

关键词: 地铁隧道；盾构隧道；数值模拟一、引言随着科学技术和城市化的发展以及城市人口的过快增长，传统的公共汽车和无轨电车已经越来越不能满足城市居民高频率出行的需要。

建设以地下铁道为代表的城市快速轨道交通系统，是解决我国中心城市公共交通运输矛盾的重要途径。

随着盾构法在我国地铁隧道开挖中的应用越来越广，隧道数值模拟和施工监测在隧道开挖过程中扮演了越来越重要的角色。

数值模拟由于能全面预测隧道开挖的全过程，已被广泛使用；施工监测则主要是利用围岩变形和拱顶沉降的监测数据掌握围岩动态和隧道支护结构的工作原理，通过施工过程对围岩实时监控，对监控数据进行分析和综合判断, 对可预见的事故和险情及时采取措施，把风险控制到最小，所以数值模拟和施工监测数据以及对数据的分析就成为衡量设计和施工是否合理的一个重要指标。

为确保工程质量, 隧道在开挖过程中必须进行必要的变形监测。

施工监测应包括两端洞口浅埋段地表沉降量测、洞内拱顶下沉、水平收敛、锚杆拉拔等量测内容，其中以拱顶沉降观测和隧道水平收敛监测为主，工作原理就是通过测量手段, 来了解拱顶的平面位移和拱顶下沉情况。

施工监测不仅为隧道开挖提供重要的手段，而且为调整设计参数、选择合理的支护方式和综合评价围岩稳定性提供科学依据，从而便于日常施工组织管理，以达到安全施工的目的。

本文以某一地铁盾构隧道为例。

该隧道外径为6.0m，衬砌厚度为0.3m，内径为5.4m,埋深为10m。

地铁隧道断面如下图1。

图1 地铁隧道断面示意图二、地质概况本文中地铁盾构隧道所处的地层为Ⅴ级围岩，围岩密度为1800kg/m3 ，体积弹模为1.47e8Pa，剪切弹模为5.6e7Pa，摩擦角为20度，粘聚力为5.0e4Pa，抗拉强度为1.04e4Pa。

武汉地铁双线隧道区间盾构法施工的三维数值仿真分析

中图分类号：４ｌＵ５
文献标识码：Ａ
文章编号：０４—２５２１）４—０７１０９４（０１００４—０４
同步注浆体逐渐硬化，砌管片与土层间的空隙因注衬
１概述
浆体的硬化充填而逐渐闭合，使衬砌与土层发生相互作用。（）４固结沉降阶段。注浆材料随时间的凝固以及土体的固结将使衬砌与地层间进一步相互作用。
地表
国内外实践表明，铁区间隧道施工会不同程度地地扰动周围地层而引起地表沉降，即使采用目前先进的密闭盾构技术，完全消除地面沉降也是不太可能要
的… 。地面沉降量达到某种程度就会危及周围的地
地表沉降值分别为总沉降值盾构隧道施工引起的地层变形时，其施工过程通常可简化为４个阶段：１挖掘土体阶段。在（）该施工阶段，构机刚性壳体径向支撑开挖临空面，盾盾
下管线和地表建筑物。为此，国一些地铁建设城市我如武汉确定了城市地面变形为 “ ｌ十０—一０ｍ３ｍ” 隆沉基准范围，以确保地面建筑物的安全。拟建武汉市轨
道交通４号线二期工程沿线将穿越长江以及地表建筑
要：武汉市轨道交通４号线二期复兴路站一首义路站区以

盾构隧道各施工阶段沉降三维数值模拟分析

W沖 :
位移的规律，并使用有限差分软件FLAC 3D对隧道开挖进行
三维数值模拟。三维数值模拟中使用了精细化建模的方法，考
虑了隧道埋深、土体分层、地下水位、目标掌子面施加梯形支撑
力、盾构机锥形形状、盾尾梯形注浆压力、注浆体的凝固和衬砌
的及时施加等因素对地表位移和隧道拱顶位移的影响。三维精
细化模拟结果和实测值对比，验证了三维精细化模拟的适用
盾构隧道各施工阶段沉降三维数值模拟分析
陈炳渠 (合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工业大学汽车与交通工程学院，安徽合肥230009)
摘要：盾构法施工中土体位移特征随施工阶段而变化，准确
预测各施工阶段所引起的土体竖向位移对地铁周边管线及建
墨
筑安全至关重要。文章基于法国里昂地铁隧道D号线延线工
程，对盾构施工过程进行了阶段划分，分析了各阶段土体竖向
性。
关键词：隧道开挖;数值模拟；施工阶段；精细化模拟中图分类号：U455.43 文献标志码:A 文章编号：(007-7359(20.9).0-0.20-05 D0I：10.16330/ki.1007-7359.2019.10.045
0前言
隧道开挖实际上是一个复杂的动态过程 ,盾构机盾头处掌子面上支持力的大小、盾构机的形状、盾构机盾尾空隙的大小、注浆压力的大小以及衬砌施加的及时与否等等因素都会对隧道实际开挖的整个过程有影响。在这个过程中土体经历了复杂的位移变化过程,二维数值模拟等其它方法更多的是用来模拟某断面处地表沉降，并不能很好的说明沿隧道开挖方向上土体的位移规律，也并不能很好的体现各施工因素对隧道开挖各个过程的影响，因此有必要建立三维模型对隧道开挖的整个过程进行研究。
255 mm,相对于上一阶段的监测数据值，新增沉降值

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析盾构法施工是一种在地下挖掘的隧道施工方法，它在城市地下工程中广泛应用，诸如地铁、城际铁路、给水、排水等管线的施工中，盾构法都是一种重要的施工技术。

所以盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析显得尤为重要。

地下管线的沉降是指由于地下工程施工或其他因素导致地下管线的沉降或位移，这种情况对城市的正常运行和居民的生活都会产生重大影响。

在盾构法施工中，对地下管线的沉降进行监测与分析，可以及时发现问题并采取相应的措施进行修复，从而保障城市地下管线的安全运行。

地下管线沉降监测通常采用的方法有传统的测量法和现代的遥感监测技术。

传统的测量法包括采用水准仪、全站仪等仪器进行地面标志物的定位测量，再通过地下管线的相关参数计算出地下管线的沉降情况。

而现代的遥感监测技术则包括卫星遥感、激光雷达遥感等技术，可以通过遥感图像和三维模型对地下管线的沉降情况进行实时监测和分析。

这些监测技术的应用，可以大大提高地下管线沉降监测的效率和精度。

在盾构法施工中地下管线沉降监测的基础上，数值模拟分析也是至关重要的一环。

数值模拟可以对盾构法施工对地下管线产生的影响进行定量分析，从而指导施工过程中如何减小对地下管线的影响，降低管线沉降的风险。

数值模拟分析的方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。

以有限元法为例，其基本思想是将地下管线和盾构法施工系统分割成有限数量的简单单元，在每个单元内建立各参数的方程，然后通过求解这些方程来获取整个系统的行为。

通过有限元法进行数值模拟分析，可以得出盾构法施工对地下管线产生的应力分布、位移情况等信息，从而为工程决策提供依据和参考。

除了数值模拟分析，还可以利用数值模型进行盾构法施工中地下管线的变形特征、沉降规律等进行研究。

通过对地下管线沉降进行数值模拟分析，可以为盾构法施工过程中的管线保护提供科学依据，预测管线沉降的规律，及时采取相应的措施进行调整，保障地下管线的安全运行。

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析

盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析盾构法是一种现代化的地下隧道施工方法，由于其施工过程涉及地下管线，因此地下管线的沉降监测与数值模拟分析显得尤为重要。

本文将从盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析两个方面展开论述。

盾构法是一种以泥水平衡或压力平衡为基础，利用钢质盾构机械贯通地层进行地下隧道工程施工的方法。

盾构机在地下穿行时，会对周围的土层和地下管线产生一定的影响，可能导致地下管线沉降。

在盾构法施工过程中，地下管线的沉降监测是至关重要的一环。

地下管线沉降监测主要包括两个方面：一是对地下管线进行实时监测，及时发现管线的沉降情况；二是对管线周围土壤和地下水位进行监测，了解盾构施工对周围环境的影响。

实时监测可以通过安装传感器和监测设备来实现，这些设备可以测量管线周围土壤的变形和位移情况，及时发现管线的沉降情况。

对周围环境的监测也是十分重要的，可以通过监测地下水位的变化和土壤位移情况来了解盾构施工对周围环境的影响，及时采取相应的措施进行修复或加固。

对盾构法施工中地下管线沉降情况进行数值模拟分析也是十分重要的。

数值模拟可以通过有限元法或有限差分法来进行，通过建立地下管线和周围土壤的数学模型，模拟盾构机在地下穿行的过程中对地下管线和土壤的影响，从而预测管线的沉降情况。

数值模拟分析可以帮助工程师提前发现潜在的问题，并从理论上给出解决方案，为施工过程中的管线维护和加固提供科学依据。

在进行盾构法施工中地下管线沉降监测与数值模拟分析时，需要考虑到多种因素的影响。

首先是盾构机施工时的工作状态和工艺参数，如盾构机的推进速度和施工压力等，这些参数对地下管线沉降有直接影响。

其次是地下管线本身的材质和结构，不同材质和结构的管线在盾构施工过程中的响应也会有所不同。

再次是周围土壤和地下水位等地质环境因素，这些因素对盾构施工影响较大，需要在数值模拟中予以充分考虑。

最后是盾构施工现场的实际情况，包括地下管线的布置情况和周围建筑物的存在等，这些都会对盾构施工中地下管线沉降产生一定的影响。