软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟.pdf

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1、第6期（总第170期）No.6(SerialNo.170)2013年12月CHINAMUNICIPALENGINEERINGDec.2013DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.06.019软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟朱继文（上海城建市政工程集团有限公司，上海200000）摘要：针对软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移及其预测控制问题，采用FEM仿真模拟分析研究。结果表明：急曲线盾构隧道施工工程中，盾构进入及离开曲线段时土体施工扰动位移显著增大，与直线盾构隧道

2、施工相比，曲线盾构尤其应注意扰动位移的变化特征；土体损失率对急曲线盾构隧道施工扰动位移影响显著，施工过程总体峰值位移与土体损失率呈幂指数非线性关系；隧道顶板土体沉降与注浆压力呈反比例线性关系，在合理范围内增大注浆压力对抑制隧道顶板沉降乃至上覆土体沉降有显著作用。关键词：急曲线盾构隧道；FEM仿真模拟；扰动位移；参数敏感性中图分类号：U455.43文献标志码：A文章编号：1004-4655（2013）06-0058-04软土地层中急曲线盾构隧道施工存在土体扰动采用壳体单元（S4）；盾构壳体为钢材，计算中

3、处位移状态复杂、盾构姿态控制困难、实时纠偏技术理为壳体单元（S4）；盾尾注浆、同步注浆中，考难度大等特点；同时，注浆压力、注浆量、推进速虑浆液在间隙中的填充是一个空间动态变化过程，度、土体损失率等施工参数对扰动位移和管片受力处理为弹性模量渐变的实体单元（C3D8I）。[1]影响复杂，优化控制困难。国内外科研人员结合工程建设对相关理论和技直线34.8直线34.837.225.2=598.2225.613234.8R=300术问题进行探索性研究，但对复杂地质条件下急曲34.818R直线34.8线盾构施工过

4、程位移特性、施工参数对位移影响及52.8RRR=300=300=602.9其作用机理等还缺乏系统研究。R=602.9R=602.9本文以宁波地铁1号线滨海相淤泥质软土地层R=602.9中急曲线盾构隧道为依托，通过建立符合工程特点的三维FEM模型，系统研究急曲线盾构隧道推进工程土体扰动位移特性、土体损失率及注浆压力等图1整体模型及尺寸施工参数的影响。模型所涉及的土体共12个土层，基本参数如1FEM数值模型及计算参数表1所示。整体模型及其几何尺寸如图1所示。模型尺寸表1土层参数为653m×80m×40m，

5、数值模拟中采用弹性模重度/弹性模量/黏聚力/内摩擦角/型。建模对象主要包括：土层、管片、注浆层及盾土层编号-3泊松比kN·mMPakPa(°)构壳体。研究目的在于对整个模型进行数值分析，①1-118.112.480.22111.5①1-218.112.480.22111.5但计算量较大。因此选取曲率半径最小、曲线最长①1-518.112.480.22111.5的盾构段作为研究对象（曲线长度225.6m，曲率①218.112.480.32111.5①317.28.600.41211.0半径R=300m）

6、，并向两侧延伸34.8m。②2-117.211.720.489.9单元选择与处理如下：土体单元类型采用实体②2-217.28.840.41010.7③118.011.520.25631.1单元（C3D8I）；盾构管片为钢筋混凝土通用管片，③218.814.160.251826.5④1-217.59.560.251719.0收稿日期：2013-09-09④217.510.720.31611.6作者简介：朱继文（1969—），男，高级工程师，硕士，主④319.224.120.31715.8要工作领域为地下

7、工程和隧道。结构材料参数：管片混凝土弹性模量58朱继文：软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟2013年第6期4E=3.45×10MPa，泊松比v=0.2；注浆层浆液弹盾尾间隙、推进速度、注浆压力、管片拼装、注浆性模量E随着时间变化，模拟中初凝取15MPa，材料等，在FEM数值模拟计算中可归纳为土体损终凝为300MPa，泊松比v=0.2；盾构壳体厚度失率和壁后注浆压力。其中，导致地层损失的因素5为0.05m，弹性模量E=2.06×10MPa，泊松比包括开挖面土体移动、盾构后退、土体挤入盾尾空v=0

8、.3。隙、改变推进方向、隧道衬砌产生的变形、盾构挤2施工工况模拟方法和结果分析压扰动的影响等；注浆压力则直接对土体及隧道管根据盾构施工工艺过程，考虑土体开挖、盾壳片产生力学作用引起结构变形、土体位移。注浆压临时支护、管片拼装同步注浆、注浆凝固过程等主力的大小、注浆量的多少直接影响地表的沉降，盾要工艺环节，将隧道施工划分为19个施工模拟步构数值模拟中有必要考虑注浆的影响。段和65个模拟步段，分别进行完全仿真模拟和工1）土体损失率影响。注浆压力等于15%覆土