盾构隧道施工对地层位移变形影响的数值模拟

赵俭斌　张野

摘要：盾构隧道施工会对地层产生较大的影响，从而诱发地表产生位移沉降。本文利用Midas软件对双线平行隧道施工进行动态模拟，分析地表位移沉降规律。

关键词：盾构隧道；地表沉降：Midas；数值模拟

一、工程概况

本文中模拟选取沈阳地铁盾构区间为双线平行隧道，采用盾构法对其进行施工。该工程推进采用泥水平衡盾构机，盾构开挖隧道區间为圆形隧道，隧道管片外径为6m，内径为5.4m，管片厚度为0.3m，管片每环宽1.5m。管片环由预制钢筋混凝土管片块体使用锚索拼装而成。两圆形隧道轴心距离为20m，隧道顶部埋深10m。盾构施工区间周围土质主要为粉质粘土和砂土，砂土类型主要包括细砂、圆砾和砾砂等，盾构隧道所在土层为圆砾土。

主要土层参数如下：

二、建模范围

一般计算范围的选取不能小于隧道的3倍洞泾，取隧道的左右各延伸21米，下部延伸19米，隧道的挖深为30米，故整个模型长70米，宽30米，高35米。

三、边界条件及开挖方式

该模型的侧面和底面为位移边界，侧面限制水平移动，底面限制竖向移动，上表面为自由表面，排水条件考虑为不排水；先开挖左洞，后开挖右洞，每施工部开挖6米。

四、本构关系的选择以及网格的划分

模型中土体为3D实体单元，采用修正一摩尔库伦模型；基础采用线弹性模型；盾构隧道管片采用2D板单元模拟，盾尾注浆通过边界条件来实现。

五、网格的划分

使用3D自动网格划分，用混合网格生成器将所有实体逐步划分网格，同时分别定义网格组属性。划分网格时要按照从内到外、从小到大的顺序划分。模型如图所示；

六、盾构施工引起地表沉降的变化历程

取模型中部横断面为参考面，模拟距离模型中心不同距离时地表的沉降变化，并绘制出了不同施工阶段地表沉降变化图：

七、结语

（1）单线盾构施工最大沉降值出现的位置均为该隧道中线位置，右线盾构施工加入后最大沉降值出现位置的横坐标由-12m向右不断偏移至-8m，最终偏移至-4m处于稳定。

（2）先左后右两盾构隧道施工引起的最大沉降值出现位置处于两隧道中心连线的中点截面附近，位置偏向于首先施工的隧道。

（3）在两线前18米施工范围内沉降值增大速度较快，由于施工至24米时大部分隧道整体开挖和管片施工已经完成，故沉降值不会出现较大变化而趋于稳定。endprint