文档介绍：第 21 卷第 2 期岩石力学与工程学报 21(2):228~232
2002 年 2 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.,2002

盾构推进隧道结构三维非线性有限元仿真

王敏强陈胜宏
(武汉大学土木建筑工程学院武汉 430072) (武汉大学水利电力学院武汉 430072)

摘要对盾构推进过程结构进行三维非线性有限元仿真,提出迁移法模拟盾构前行过程;采用权刚度修正
Goodman 单元处理单元内存在两种材料的混合接触刚度。对某地下隧道工程的盾构推进过程进行了仿真计算,研
究推进过程的地表变形和土体扰动规律。
关键词仿真,盾构,有限元,非线性,隧道
分类号 U ,TP 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)02-0228-05

盾构施工过程仿真包括过程仿真和细节仿真。
1 引言盾构推进过程仿真如下:

初应力场开挖盾构、衬砌内土体
由于城市建设空间资源利用和大都市繁华区安
全、舒适、快捷的交通需求,迫切需要开发地下空
开挖工作面土体,盾构前行推进系统加载
间资源。盾构法施工受到市政、施工部门的青睐,
有着广泛的应用前景。有限元仿真的困难
在盾构施工过程中,盾构推进受到了各种阻力施工过程仿真计算牵涉到大量的细节仿真,细
对土体的扰动,使得施工区地表隆起和沉降。施工节仿真难度较大。例如,盾构施加推进载荷后,由
区周围土体的应力场发生改变,将直接影响周围建于受到前方和周围土体阻力,不能产生前行;刀盘
筑物的安全,是非常重要的问题。切割土体,应力释放,阻力降低,盾构外壳与土体
盾构过程结构三维计算机仿真是要通过有限元接触面剪应力迅速增加,达到流动,才能产生前行。
分析,得到开挖区周围的位移场和应力场,模拟工这一过程的有限元模拟必须解决以下问题:
程施工引起的地表沉降、隆起、土层移动等,研究(1) 盾构运动。盾构在推进力作用下向前运动,
对周围其他建筑物的影响和影响过程。文[1]作了盾但是单元网格是业已划好的,仅用盾构与土体之间
构隧道施工过程模拟分析,按施工过程分别用平面的接触单元错动来模拟盾构前行,与盾构前行不符,
分析方法进行模拟。文[2]用边界元分析地面三维沉见图 1。
降。施工过程的结构仿真难度较一般结构分析计算
大得多,是一个最近发展的研究方向[3]。本文对盾
构过程中的盾构推进产生的隧道结构位移场和应力
场进行计算机仿真。对盾构施工的推进过程的结构
三维计算机仿真作了一些尝试。
2 仿真分析理论
图 1 盾构前行
盾构推进施工过程 Shield moving forward

2000 年 5 月 27 日收到初稿,2000 年 6 月 26 日收到修改稿。
作者王敏强简介:男,1955 年生,博士,1981 年毕业于华中科技大学船舶工程专业,现任副教授,主要从事计算力学教学工作和施工过程仿真方
面的研究工作。
第 21 卷第 2 期王敏强等. 盾构推进隧道结构三维非线性有限元仿真• 229 •
(2) 运动接触点对。盾构前行产生很大的