文档介绍：地铁盾构隧道施工引起地表沉降的数值模拟
邹国锁邹喻何春伟
云南省建设投资控股集团有限公司云南省交通运输厅工程造价管理局昭通市交通建设工程质量安全监督局
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摘    要:
以昆明轨道交通某区间盾构隧道施工过程中地表沉降的现场监测数据为基础, 运用FLAC3D有限差分软件建立模型, 对盾构施工开挖过程进行模拟, 计算隧道开挖引起的地表沉降量。讨论了不同围岩应力释放条件下地表变形规律, 以及隧道围岩在相同应力释放条件下在掌子面施加支护力前、后地表变形间的联系, 同时将模拟计算得到的变形数据与工程实测数据进行比较分析。
关键词:
盾构隧道; 地表沉降; 数值模拟; 施工过程;
盾构法作为一种高机械化施工工法, 具有施工速度快、节省人力且不受气候影响等优点, 已成为软土地区修建地下隧道的主要工法。然而, 在盾构推进过程中, 由于受到盾构推进对周围土体的挤压、刀盘切削扰动、盾构与土体之间的摩擦、土层损失带来的土体松动、盾构过程中线路的调整、纠偏, 及盾尾注浆挤压等因素的影响, 难免对隧道周围土体产生扰动, 引起地表及隧道的沉降, 该问题在软土地区盾构隧道中更为突出。
昆明盆地以第三纪湖积地貌和第四纪冲湖积地貌为主, 软土层在昆明市区广泛分布。昆明轨道交通线路不可避免的要途经软土发育的地段, 其地质条件较差, 且沉降变形不易控制, 因此有必要结合昆明地区的地质条件对地铁盾构隧道施工引起的地表沉降问题展开研究。
计算机技术的发展为工程计算带来了新的方法和更直观的表达。在岩土力学中, 对工程实体进行科学的数值模拟能够有效的预测和解决工程中出现的问题。常见的数值模拟方法有很多, 如有限元法(FEM) 、有限体积法(FVM) 、有限差分法(BEM) 、离散元法(DEM) 、流形元法(MEM) 以及无单元法(ELE-MENT-Free Method) 等。其中有限差分对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”, 这种方法相比其他方法通常采用的“离散集成法”更为准确、合理, 故该方法在进行大变形非线性问题模拟或模拟实际可能出现的不稳定问题时, 最为有效。
本文基于昆明轨道交通某区间盾构隧道施工段地表变形监测数据, 采用FLAC有限差分软件建立三维盾构施工模型, 对围岩在不同应力释放下及恒定围岩应力释放程度掌子面施加支护压力两种状态进行模拟, 分析其地表变形规律, 并且将模拟得到的结果与工程实测数据进行比较。
1 工程概况
昆明轨道交通某区间隧道采用盾构法施工, 区间最小曲线半经R=2000m, , 最大坡度-22‰, 隧道埋深8~。, , , 厚度35cm, , 拼装时衬砌环可按需要旋转, 并按错缝进行拼装。衬砌环环缝采用16根M30螺栓连接, 纵缝采用12根M30螺栓连接。隧道区间覆土情况为:埋深0~1m范围内为混凝土、碎石等城市道路路基填筑层;~、碎石角砾局部夹杂少量粉土;埋深5~, 呈软塑状, 局部可塑, 具高压缩性。