文档介绍：:预测盾构穿越所引起的地层位移,确保已有建(构)筑物正常使用和盾构的顺利掘进。:在前人工作的基础上,提出一种盾构施工三维有限元模拟方法,综合考虑盾构推进、开挖面前方及隧道壁面土体的剪切扰动、盾构刀盘超挖空隙和盾尾空隙的闭合、盾尾注浆等因素,分析了盾构推进过程中隧道周围及地表处土体的位移和变形以及横断面不同深度上的沉降分布规律。::三维有限元模拟盾构施工的计算流程图如图2所示。具体的模拟步骤如下:第1步:计算地层初始应力。第2步:盾构机每向前推进1环管片作如下变化:单元材料变化将开挖面向前推进1环管片的距离,同时变换单元材料,单元材料变化情况如图3所示,图中虚线表示被挖掉的土单元。(2)荷载的模拟①位于新开挖面前方的一层土单元应力由静止土压力状态{k0σz,k0σz,σz}T变为各向等压状态{σs,σs,σs}T,其中k0为静止土压力系数,σs为土压舱压力。根据式{DF}e=òòò[B]T{Dσ}dxdydz计算由应力变化产生的结点荷载,并将其作用在单元结点上。②使开挖面上隧道外围的一层土单元结点上发生盾构刀盘超挖位移,盾尾衬砌外围土单元结点发生盾尾建筑空隙位移。当土体接触到盾构壳或者衬砌外壁时,再将盾构壳和衬砌单元激活,使它们与土体共同作用。③在浆液单元外围结点上加远离盾构中心方向的注浆压力。④在盾构壳后部单元结点上加指向盾构推进方向的结点力,同时在其后部的管片单元结点上加反向的结点力,前后结点力的总和相等,且等于千斤顶推力的总和。⑤在盾尾后1环管片结点上加竖直向上的结点力,总和等于1环管片内部挖去土体的重量,模拟开挖土体引起的竖向卸荷。重复第2步直到计算结束。:某盾构隧道采用土压平衡式盾构。,,盾构壳厚7cm,盾构刀盘外径比盾构壳外径大1cm;管片宽1m,厚35cm。千斤顶总推力14000kN。地基土层自上而下依次为:杂填土(0~)、粘质粉土(~)、淤泥质粘土(~)、粉质粘土(~)、砂质粘土(~)、粉砂()。隧道中心线埋深20m(位于粉质粘土层中)。有限元计算网格如图4所示,分析区域竖向深50m,宽60m,沿隧道纵向长150m。共5040个单元,6105个节点。计算中土体采用邓肯–张E-u模型,盾构壳和管片采用线弹性材料,各层土的基本物理力学指标及邓肯–张E-u模型参数见表1,2。:::::运用三维有限差分软件FLAC3D对盾构掘进工程进行了数值仿真。:仿真过程中考虑了盾构机、注浆压力、土仓压力等因素,得到了地表沉降槽和土体纵向变化规律,并与实测结果进行了对比。:1、计算土体的自重应力,得到原始应力场,把所有节点位移赋值为零;2、用modelnull命令挖出y方向30m左隧道内的土体、衬砌和注浆部位的土体;3、在y=24~30m内的衬砌和注浆部位,换算为盾构壳的密度、弹性模量和泊松比;4、在y=0~18m内注浆体假定为凝状态;5、在y=18~24m内注浆体假定为未凝固状态;6、在y=0~24m内的衬砌组部分设置未混凝土衬砌材料;7、在y=18~、;8、在土体开挖面上即y=,模拟土仓压力。:(1)材料参数:所有材料参数见表1。:参考有关有限元文献的分析结果,本模型计算范围取x方向84m,y方向72m,,计算结果表明,该模型范围满足计算要求。计算模型共划分7284个单元,8112个节点。如图2,3所示。模型的边界条件为:垂直于x=0、x=84、y=0、y=72的面上的法线方向被约束,底面z=0上为固定约束。结果分析曲线::研究了盾构推进力的变化对地面变形的影响。:采用三维弹塑性有限元,在真实模拟施工情