盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟文献综述

 2022-07-19 19:59:34

  1. 绪论

1 研究的目的及意义

盾构法隧道施工技术经过一百年的发展,虽然有了很大的发展,但是不可避免地引起地层的扰动,引起地层变形及地面沉降,特别是在软土盾构隧道中尤甚。扰动导致的土体强度和压缩模量的降低将引起长时间内的固结和次固结沉降。当地层变形超过一定范围时,会严重危及临近建筑物和地下管网的安全,引起一系列的环境岩土问题。由此可见,盾构施工对周围地层的扰动机理的研究具有重大的意义。

在盾构法中,管片多以衬砌结构并用螺栓相连接,在不同的施工环境与施工条件下,会选择不同的螺栓拼接方式和各种衬垫的选择,这直接影响了盾构所受压力及其对土层的扰动都会有着显著的变化,所以在确定不同的工况和设计会,应用软件对其进行受力分析和三维有限元模拟显得非常重要。

三维有限元模拟可以模拟各种状况下的管片受力状况和地面地表的受力状况,相对于传统的受力分析的方法更具有优势,从传统的方法中,无法应对各种复杂的工况和管片模型等,但利用有限元的方法可以更好、更快、更准确的模型化,利用计算机技术,可以快捷、完整的获得实验的规律并提供可行的指导方法,这才使得三维有限元模拟具有了重要的意义。

  1. 国内外同类研究概况

2.1 盾构衬砌管片的现状

在盾构法中,衬砌结构是盾构法的主体工程,这直接且显著的影响了盾构隧道的安全从材料的角度说大多以钢筋混凝土管片较多,在特殊环境下,也有使用复合材料的衬砌管片,从截面来看,更多的是使用平板型管片,其相对于箱型管片具有截面削弱小,抗弯刚度大,手孔小等优势,因而使用更加广泛。从管片环的上来看,未来最具发展价值的是通用环。现阶段,国内多以错缝拼装的方式。随着设计施工的水平的提高,在未来管片的宽度会不断增加,此时相同长度下的缝隙数量会减少,但是,虽然管片宽度的增加增强了隧道衬砌的整体性、刚度还有防水性等等,但还是会增加管片运输的难度和成本,降低施工效率等。所以,如何确定管片的宽度,还要通过实验以及结合施工条件、施工技术、结构的条件等等进行综合考虑。

2.2 衬砌管片的横向模型

衬砌管片的设计有如下的问题:其本身的横纵向受力状况如何进行模拟、管片受力的复杂处即接头受力如何模拟、衬砌与周边底层的状况如何模拟。

上世纪发展盾构技术以来,国内外的研究者就相继进行了研究。日本土木工程协会最早提出了惯用修正法,通过假定分布形状的方法来确定衬砌管片的受力状况。此后又进一步的提出惯用修正法的改进方法。

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