盾構隧道施工對地層位移變形影響的數值模擬

趙儉斌　張野

摘要：盾構隧道施工會對地層產生較大的影響，從而誘發地表產生位移沉降。本文利用Midas軟件對雙線平行隧道施工進行動態模擬，分析地表位移沉降規律。

關鍵詞：盾構隧道；地表沉降：Midas；數值模擬

一、工程概況

本文中模擬選取沈陽地鐵盾構區間為雙線平行隧道，采用盾構法對其進行施工。該工程推進采用泥水平衡盾構機，盾構開挖隧道區間為圓形隧道，隧道管片外徑為6m，內徑為5.4m，管片厚度為0.3m，管片每環寬1.5m。管片環由預制鋼筋混凝土管片塊體使用錨索拼裝而成。兩圓形隧道軸心距離為20m，隧道頂部埋深10m。盾構施工區間周圍土質主要為粉質粘土和砂土，砂土類型主要包括細砂、圓礫和礫砂等，盾構隧道所在土層為圓礫土。

主要土層參數如下：

二、建模范圍

一般計算范圍的選取不能小于隧道的3倍洞涇，取隧道的左右各延伸21米，下部延伸19米，隧道的挖深為30米，故整個模型長70米，寬30米，高35米。

三、邊界條件及開挖方式

該模型的側面和底面為位移邊界，側面限制水平移動，底面限制豎向移動，上表面為自由表面，排水條件考慮為不排水；先開挖左洞，后開挖右洞，每施工部開挖6米。

四、本構關系的選擇以及網格的劃分

模型中土體為3D實體單元，采用修正一摩爾庫倫模型；基礎采用線彈性模型；盾構隧道管片采用2D板單元模擬，盾尾注漿通過邊界條件來實現。

五、網格的劃分

使用3D自動網格劃分，用混合網格生成器將所有實體逐步劃分網格，同時分別定義網格組屬性。劃分網格時要按照從內到外、從小到大的順序劃分。模型如圖所示；

六、盾構施工引起地表沉降的變化歷程

取模型中部橫斷面為參考面，模擬距離模型中心不同距離時地表的沉降變化，并繪制出了不同施工階段地表沉降變化圖：

七、結語

（1）單線盾構施工最大沉降值出現的位置均為該隧道中線位置，右線盾構施工加入后最大沉降值出現位置的橫坐標由-12m向右不斷偏移至-8m，最終偏移至-4m處于穩定。

（2）先左后右兩盾構隧道施工引起的最大沉降值出現位置處于兩隧道中心連線的中點截面附近，位置偏向于首先施工的隧道。

（3）在兩線前18米施工范圍內沉降值增大速度較快，由于施工至24米時大部分隧道整體開挖和管片施工已經完成，故沉降值不會出現較大變化而趨于穩定。endprint