浅埋盾构隧道地层变形数值模拟分析

盾构掘进地层变形原因分析与施工控制关键词: 盾构; 地层变形; 掘进参数北京地铁在5号线施工中首次采用盾构法进行地铁区间隧道的掘进，下穿城市中心区域，在这些区域中有很多是老旧城区和中心商业区，对于地层变形和地面沉降的控制要求极为严格，因此很有必要对盾构掘进过程中地层变形和地面沉降的规律进行细致分析，并采取相应的施工方法与技术措施进行控制，以满足盾构施工过程中的环境要求。

1 地层变形原因分析盾构法隧道施工引起地层变形的基本原因可归纳为以下几个方面。

(1) 开挖面土体的移动: 当隧道掘进时，开挖面土体的水平支护应力可能大于或小于原始侧压力，开挖面前方土体从而会产生下沉或隆起。

(2) 建筑空隙引起的沉降: 土体挤入盾尾空隙，由于向盾尾后面隧道外围建筑空隙中压浆不及时、注浆量不足、压浆压力不适当，使盾尾后坑道周边土体失去原始三维平衡状态，引起地层损失; 盾构在曲线中掘进，或纠偏掘进过程中实际开挖断面不是圆形而是椭圆形，故引起地层损失; 盾构在土体中移动，盾壳表面粘附着一层粘土，推进时盾尾后隧道外围形成的空隙大量增加，如不相应增加注浆量，地层损失将增加。

(3) 衬砌变形和沉降: 在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起少量地层损失，当隧道衬砌沉降较大时会引起不可忽略的地层损失，衬砌渗漏也引起沉降。

(4) 受扰动土体的固结再沉降: 由于盾构掘进过程中的挤压作用和盾尾注浆作用等因素，使周围地层形成超孔隙水压区，需经过一段时间后才能消散复原。

在此过程中因地层发生排水固结变形引起地面沉降。

2 地层沉降控制方法2.1 地层状况及沿线建构筑物调查若要在施工过程中达到有效控制地层沉降的目的，首要的先决条件就是在盾构隧道掘进之前对隧道施工影响范围内的地层状况及沿线建(构)筑物进行调查，在获得相关的原始资料后，对地层条件及沿线建(构)筑物的状态进行评价分级，并结合相关规范要求，进而确定其在施工过程中为确保地层及建(构)筑物的稳定而应达到的控制标准。

浅埋偏压隧道开挖数值模拟与监测分析论文
本文介绍了一种利用数值模拟和监测分析来开挖浅埋偏压隧道的方法。

在这种方法中，数值模拟被用来预测浅埋偏压隧道的变形行为，而监测分析则是对浅埋偏压隧道实际变形行为进行实时研究。

数值模拟可以帮助预测浅埋偏压隧道变形与正常变形之间的差异，而监测分析可以根据实时测量结果进行调整，从而精确控制浅埋偏压隧道的开挖过程。

首先，数值模拟是在浅埋偏压隧道开挖中使用的最常见的技术之一。

数值模拟模型可以模拟出浅埋偏压隧道的变形行为，并根据实际工程设计对该变形行为进行准确的预测。

通过对该模型进行精确的预测，可以确保在开挖过程中变形超出预定范围的情况及时被发现，及时采取切实有效的措施，以免给后续施工带来损失。

其次，数值模拟开挖过程中，需要采用实时测量系统的技术进行监测分析。

实时测量系统可以实时获取浅埋偏压隧道的变形数据，通过监测分析结果，可以进一步仔细分析变形动态及变形特征，从而为开挖过程中能够更好地控制速度和变形提供参考。

最后，通过综合运用数值模拟和监测分析技术，可以有效地控制浅埋偏压隧道的开挖过程，减少变形量，确保安全施工。

通过本文的研究，我们可以有效地使用数值模拟和实时测量系统在浅埋偏压隧道的开挖中控制变形，并为今后的开挖工程提供参考。

浅埋暗挖隧道施工性态的数值模拟与分析摘要: 地铁隧道施工中, 隧道开挖程序、施作的步骤对隧道稳定性及地表沉降影响显著。

北京地铁 10 号线某标段浅埋单洞双层隧道, 是出入口通道与车站中洞、旁边单层侧洞相接的暗挖部分, 单、双层转换, 初支结构形式和施工都很复杂。

目前国内外对单洞双层隧道分析较少, 与车站和通道相连接的这种单洞双层隧道比较短, 对它的分析往往被忽视。

对采用 3 层 6 导洞的 CRD 工法施工的这种浅埋单洞双层隧道的施工性态进行数值模拟, 分析该区域隧道施工引起的地表沉降, 探索一次性开挖成洞及隧道分步开挖引起的地表沉降槽的变化形态, 拱顶沉降及拱顶主应力的变化规律。

数值分析表明: 施工工序不同使隧道的偏挖引起的沉降槽向未开挖一侧偏移, 此过程中地层最大沉降并不发生在隧道中线处, 而是完成全部开挖, 地层变形稳定后, 其累计沉降最大值位于隧道中线处。

隧道开挖衬砌完全施作后, 地表沉降变化不大, 但是后续开挖步引起的结构内力应予以重视, 尤其对于中隔壁支撑及拱底衬砌的支护, 要及时施作拱底二次衬砌。

研究结果为单洞双层隧道分步施工控制地表变形和洞周位移提供参考依据。

关键词: 浅埋暗挖隧道;单洞双层; 施工性态; 数值模拟; 地表沉降引言在地铁隧道施工中, 由于隧道开挖将造成土体应力重分布, 因此在一定的土体环境中, 隧道的开挖方式对隧道稳定性及地表沉降影响尤为显著[1]。

不同的施工程序, 在时空上相当于荷载以不同的方式施加在隧道上[2], 尤其对于浅埋隧道, 覆土厚度较小, 围岩松散, 自承能力差, 隧道开挖引起很大的地表沉降, 往往造成周边建筑物破损、倾斜甚至倒塌。

因此研究隧道施工工序对隧道稳定及地表沉降的影响具有重要意义[3]。

本文即对北京地铁 10 号线某标段单洞双层通道的施工工序引起的地表沉降及拱顶沉降进行了数值模拟与分析。

1 工程简介北京地铁 10 号线某标段与车站结构相联部位设 4 个出入口通道, 每个通道在中洞和侧洞之间的部分为单洞双层通道, 其余部分为单层通道, 均采用暗挖法施工。

地铁盾构施工技术对地层变形影响的数值模拟盾构法施工法被广泛的应用在城市地铁隧道开挖施工中,但是由于开挖过程中难免会造成地层损失,引起临近结构及周边地层的变形,严重时会造成地表塌陷、管线破裂、墙体裂缝等不良现象,因此对盾构开挖引起的城市地表变形的规律的研究具有重大及深远的意义。

本文通过以西安城市地铁4号线尚新路站~北客站站区间隧道盾构施工作为研究的工程背景,采取各种研究方法相结合的手段,通过理论分析沉降的规律,现场监测变形规律以及结合使用有限差分软件
FLAC3D进行数值仿真模型模拟的手段展开研究,最后得出本文的研究结果及结
论如下:城市地铁隧道在开挖的过程中,隧道正上方铁路箱涵沉降槽的中部沉降值最大,远离隧道的箱体沉降值则逐渐减少,轨道沉降最大值约为4.54mm,接近
实测值,按已确定的控制标准可满足客专结构和运营安全。

通过3D模型数值仿真计算结果得出:隧道在先开挖左线单侧时,地表横断面的沉降会出现凹槽形状的沉降变形,而当进行左右双线隧道的开挖时其影响范围和沉降量则会有明显相互叠加效应,且地表沉降最终沉降值控制在6mm以内。

根据该区间段内的实际工程水文地质条件及盾构法施工的各类相关的参数,建立了相对完善的数值仿真模型。

通过对模拟结果的分析表明:施工参数对地面及箱涵沉降具有显著影响,由简单反分析可知,本次施工地层应力释放系数处于0.1~0.2之间,为后续工程提供施工模拟经验。

在采取综合控制措施的情况下,盾构机掘进客专涵洞的影响较小,盾构施工能够保证铁路的运行安全。

地铁隧道引起地面变形的数值分析方法1.本项目的研究目的和内容本项研究的最终目的在于提供解决隧道工程设计、施工过程中所遇到的复杂岩土工程问题的工程数值模拟方法，预测施工风险，从而规避风险，达到信息化施工的目的，保证工程的经济性和安全性。

数值模拟分析可以模仿真实的隧道开挖过程进行分析。

也就是对隧道开挖所涉及的围岩及其相邻的结构体（支护结构）以及开挖这种力学行为、力学特性、对岩土体地质构造特征以及对隧道施工过程进行全面的、逼真的数学上、力学上的计算机数值模拟分析。

在隧道工程中采用数值模拟分析的基本思路是：通过可调控的数理模型、几何模型、力学模型以及数值方法描述隧道工程施工过程中施工方法（盾构、矿山、新奥等等）、施工顺序对周围岩土介质力学特性、结构特征的影响，以及围岩的力学特性、结构特性的变化，对施工方案、措施的反影响，以便于确定出施工过程中任一部位、任一时刻的变形场、应力场、稳定性与安全度，为优化地铁隧道工程设计、施工方案，提供接近真实的，定量的科学依据。

本次研究的重点之一在于，通过比较目前存在的多个岩土体的本构模型，选取适合北京地区土质条件的力学模型，然后基于北京地区的工程地质特点，确定其关键参数的选取方法。

在选定过程中，不仅需要考虑模型自身的特点，还需要考虑其简单易用性，参数的可获取性，以便于应用于工程实际，以适应快速得到分析结果的工程要求。

基于我院长期在北京地区进行岩土工程实践的经验，对模型中关键的强度与变形计算参数提出确定方法，以求得尽可能和实际接近的结果。

本次研究的重点之二在于，寻求合理的采用数值分析软件模拟施工手段（开挖、施加支护）的方法。

开挖步序以及不同支护作用的真实模拟是本次研究的难点，特别是对于矿山法和盾构法施工。

同时寻求合理的简化模拟方法。

本质上本研究是一个三维问题，但是由于三维分析花费高，耗时长，为了满足工程的需要，本次研究将寻求将三维问题转化为二维问题的合理方法。

常用的“收敛限制法”（或称“应力消除法”）和“逐步软化法”是目前可以考虑的模拟简化方法，但其具体实现问题还需要进一步研究。

第30卷,第6期 中国铁道科学Vol 130No 16　2009年11月 C HINA RA IL WA Y SCIENCENovember ,2009　文章编号:100124632(2009)0620054207盾构法隧道下穿既有结构三维数值模拟分析杨广武1,关　龙2,刘　军2,郑知斌3(1.北京交通大学,北京　100044; 2.北京市政集团,北京　100045; 3.北京市市政工程研究院,北京　100037) 摘　要:以北京地铁10号线9标段盾构法开挖隧道穿越城铁13号线芍药居车站工程为依托,采用三维有限差分软件FL AC 3D 对盾构施工过程进行数值模拟,分析盾构穿越既有结构时对其沉降的影响规律。

研究结果表明:既有线车站结构的沉降随地基变形模量的提高而减少,且沉降趋势逐渐变缓;既有结构最大沉降增大的速率比围岩荷载释放率增大的速度快;增大开挖面的控制压力,可有效减小既有结构的沉降,但过大的控制压力会使前方土体隆起,产生负地层损失,并且随着开挖面控制压力的提高,差异沉降明显增大。

通过施工参数的优化可以减小既有结构的沉降,达到保护既有结构的目的。

关键词:隧道;盾构法;既有结构;变形;数值模拟 中图分类号:U455143 文献标识码:A　收稿日期:2009205212;修订日期:2009209211　基金项目:北京市政总公司(集团)基金资助项目(科2J 206116)　作者简介:杨广武(1956年—),男,北京人,教授级高工,博士研究生。

随着城市轨道交通的不断发展,换乘节点不断增加,必然出现新建地铁隧道近距离穿越既有地铁隧道或车站的现象,即所谓的近接施工。

控制新建隧道穿越既有地铁隧道或车站所引起的变形,确保既有地铁隧道或车站的结构安全和新建隧道的顺利掘进,是地铁施工面临的重要课题。

土压平衡盾构施工较为突出的问题是盾构挤压推进对周围土体的扰动较大,合理设置和控制土压对于控制地表沉降至关重要[123]。

盾构隧道施工引起地层沉降的数值模拟研究的开题报告一、研究背景和意义目前，隧道工程已经成为城市建设的重要组成部分，但是盾构隧道施工过程中会对周围地层产生一定的影响，长期积累会导致地面塌陷等问题。

因此，对盾构隧道施工引起的地层沉降进行数值模拟研究，对隧道施工的安全稳定以及地面环境的保护具有重要的意义。

二、研究内容和方法1.研究内容本研究旨在开展盾构隧道施工引起地层沉降的数值模拟研究，主要研究内容包括以下几个方面：（1）盾构施工原理和施工参数分析。

（2）地质实际情况的采集和分析。

（3）数值模拟建模和计算分析。

（4）沉降预测和风险评估。

2.研究方法本研究采用以下方法进行盾构隧道施工引起地层沉降的数值模拟研究：（1）通过文献调研和现场考察，对盾构隧道施工原理、地质特征、施工参数等进行分析。

（2）采集并处理地质相关的实测数据，构建数值模型。

（3）利用有限元数值模拟软件开展盾构隧道施工引起的地层沉降计算分析。

（4）根据数值模拟分析结果预测盾构隧道施工引起的地层沉降情况，评估风险等级。

三、预期研究成果和意义1.预期研究成果本研究预期达成以下成果：（1）建立盾构隧道施工引起地层沉降数值模型。

（2）开展盾构隧道施工引起地层沉降的数值模拟研究，得出沉降预测结果。

（3）评估盾构隧道施工引起的地层沉降风险等级。

2.预期研究意义本研究的预期成果在以下几个方面具有重要的意义：（1）为盾构隧道施工的安全稳定提供科学依据。

（2）预测和评估盾构隧道施工引起的地层沉降风险，为环境保护提供参考。

（3）为盾构隧道施工的优化设计提供依据。

四、研究进度和计划本研究计划分为以下几个阶段：第一阶段：文献调研和现场考察，对盾构隧道施工引起地层沉降的研究现状、地质实际情况等进行了解和分析。

第二阶段：采集并处理地质相关的实测数据，构建数值模型。

第三阶段：利用有限元数值模拟软件开展盾构隧道施工引起的地层沉降计算分析。

第四阶段：根据数值模拟分析结果预测盾构隧道施工引起的地层沉降情况，评估风险等级。

天津地铁浅埋暗挖隧道地表变形分析贾建波,焦　苍,范　鹏(中铁隧道集团有限公司,河南洛阳471009)摘要:地铁隧道施工扰动地层,必然造成相应的地层变形。

通过对天津地铁1期工程营口道车站中软岩、富水地层中采用浅埋暗挖法施工,并对地表位移的现场监测和分析,得到了浅埋暗挖法修建隧道地表运动的基本规律,在此基础上提出了控制地层变形的技术措施,在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。

关键词:地铁隧道;浅埋暗挖法;地表沉降;沉降槽中图分类号:T U455;U231+.3文献标识码:AAnalysis on Ground Surface Defor mati on I nduced byUndercutti n g under Shallow Overburden i n Ti a nji n M etroJ I A J ian 2bo,J I A O Cang,FAN Peng(China R a il w ay Tunnel Group Co .,L td .,L uoyang 471009,Henan,Ch ina )Abstract:Due t o the disturbance t o the gr ound induced by constructi on ofMetr o tunnels,gr ound def or mati ons occur in 2evitably .On basis of the undercutting constructi on under shall ow overburden of Yingkoudao stati on of phase 1of Tianjin Metr o l ocated in s oft and water 2rich gr ound and the analysis on the results of the monit oring of the gr ound surface dis 2p lace ment,the basic pattern of the gr ound surface dis p lace ment induced by undercutting under shall ow overburden is ob 2tained .Further more,technical measures t o contr ol the gr ound defor mati ons are recommended and fully app lied in the constructi on of phase 1works of Tianjin Metr o and good effects are achieved .Key words:Metr o tunnel;undercutting under shall ow overburden;gr ound surface settle ment;settlement tr ough1　引言 浅埋暗挖隧道开挖时,地层岩体内原有的天然应力场将重新分布以达到新的平衡状态。