專利名稱：多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬隧道工程領(lǐng)域，具體涉及一種多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法。
背景技術(shù)：
隨著城市化進(jìn)程加快，地鐵及軌道交通成為我國大城市重要的快捷便利公共交通方式。按照現(xiàn)有規(guī)劃，到2020年我國觀個(gè)城市建成運(yùn)營的線路將達(dá)177條，總里程將達(dá) 6100多公里。盾構(gòu)法隧道在軟土地區(qū)城市地下鐵道、越江隧道等工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用， 然而，在實(shí)際施工中，由于地表建筑物及地下樁基、管線和既有隧道等構(gòu)筑物制約，隧道施工中將不可避免地出現(xiàn)盾構(gòu)上下疊交穿越的特殊施工工況，如上海地鐵2號線穿越地鐵 1號線，最小凈距僅1. 2m ；上海地鐵4號線浦東南路站 南浦大橋站區(qū)間隧道雙線疊交，兩條隧道的最小凈距僅為2m，疊交長度約為437. 7m ；上海地鐵11號線北段二期工程雙線隧道分別從運(yùn)營的地鐵4號線隧道上、下方穿越，形成四線疊交的特殊工況。在這樣疊交工況眾多，疊交距離較長，甚至多線疊交的情況下進(jìn)行隧道施工，存在極大的施工風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。因此，亟待針對軟土地區(qū)多線疊交盾構(gòu)隧道施工的影響效應(yīng)，尤其是針對多線疊交隧道施工引起臨近運(yùn)營地鐵隧道的變形影響進(jìn)行理論研究，從而為地鐵隧道的現(xiàn)場施工和后期運(yùn)營提供良好咨詢和建議。目前，國內(nèi)外關(guān)于疊交隧道的理論研究一般僅針對雙線疊交，施工工況也僅僅局限于雙線平行或垂直施工，其研究對象和疊交工況相對單一，研究機(jī)理還不夠充分和深入， 對于近期出現(xiàn)的三線甚至四線等多線疊交問題還很少研究，針對以任意角度斜交穿越的相互作用機(jī)理還沒有進(jìn)行系統(tǒng)研究，其設(shè)計(jì)和施工還無具體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可循。本發(fā)明中的多線疊交隧道施工過程及對運(yùn)營地鐵隧道變形影響數(shù)值模擬方法，可以提供多線疊交盾構(gòu)隧道穿越對周圍土體以及既有隧道的變形影響機(jī)理，可以有效模擬掘進(jìn)隧道與既有運(yùn)營隧道呈現(xiàn)一定夾角進(jìn)行斜交穿越施工的復(fù)雜工況。本發(fā)明對于類似多線疊交工程施工具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，對于制定多線疊交隧道施工安全穿越技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及臨近既有建(構(gòu))筑物的安全保護(hù)措施也具有重要的理論參考價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對既有疊交隧道的研究尚未涉及近期出現(xiàn)的三線甚至四線等多線疊交問題，同時(shí)針對常規(guī)數(shù)值模擬方法在模擬大角度斜交隧道施工工況時(shí)較難收斂的缺陷，提出一種適用于軟土地區(qū)的多線疊交隧道施工過程及對地鐵隧道變形影響數(shù)值模擬方法，從而加深對多線疊交盾構(gòu)隧道施工土工環(huán)境效應(yīng)的影響機(jī)理認(rèn)識。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種多線疊交隧道施工過程及對地鐵隧道變形影響數(shù)值模擬方法，是針對軟土地區(qū)多線隧道疊交施工、大角度斜向穿越施工以及超近距離既有構(gòu)筑物施工的復(fù)雜工況，建立了能夠同時(shí)考慮盾構(gòu)推進(jìn)、盾尾注漿、內(nèi)襯施工等施工工況的多線疊交三維動態(tài)有限元數(shù)值模擬方法。其特征在于操作步驟和實(shí)施的技術(shù)方案如下
第一步，確定土體基本物理力學(xué)參數(shù)并采用Drucker-Prager準(zhǔn)則模擬土體本構(gòu)關(guān)系土體基本物理力學(xué)參數(shù)為各層土體重度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量和泊松比，通過現(xiàn)場原位測試結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)共同確定；目前常用的土體本構(gòu)關(guān)系有Arucker-Prager 準(zhǔn)則，Mohr-Columb準(zhǔn)則，Duncan-Chang準(zhǔn)則以及劍橋準(zhǔn)則等。在數(shù)值模擬計(jì)算中， Drucker-Prager準(zhǔn)則能較好反映土體非線性特性，同時(shí)可避免其他準(zhǔn)則屈服面在棱角處引起數(shù)值計(jì)算上的困難，從而避免奇異結(jié)果的出現(xiàn)。因此，本模擬方法中采用Drucker-Prager 準(zhǔn)則來模擬土體本構(gòu)關(guān)系。第二步，模擬場地初始自重應(yīng)力場在本模擬方法中，初始地應(yīng)力場是隨后隧道開挖模擬計(jì)算的基礎(chǔ)，只有采用與實(shí)際相符的初始地應(yīng)力場，才可能得出較為真實(shí)的解答。初始應(yīng)力場通常為土體自重應(yīng)力場，其在任意深度處土體豎向應(yīng)力值為土體重度與該處土體深度的乘積，而該處土體水平向應(yīng)力值為該處土體豎向應(yīng)力值與靜止土壓力系數(shù)的乘積； 靜止土壓力系數(shù)值可采用室內(nèi)三軸儀測得，在原位可采用自鉆式旁壓儀測試得到。第三步，模擬等代層結(jié)構(gòu)等代層是隧道周圍土體擾動、隧道壁面土體向盾尾空隙的移動以及回填注漿作用的抽象概括，針對一定的地層結(jié)構(gòu)條件和施工工藝，其厚度及其力學(xué)參數(shù)是一定的。等效層中的材料是土、水泥漿及土與水泥漿的混合體，其組成比例與土的性質(zhì)、漿體材料和注漿壓力等有關(guān)，可將等效層作為彈性材料看待，其參數(shù)包括厚度、彈性模量和泊松比。等代層的彈性模量和泊松比可參考水泥土的力學(xué)特性來取。等代層的厚度并不等于盾尾空隙的理論值。如果隧道壁面土體較硬，不被擾動，僅向盾尾空隙產(chǎn)生少許位移，其余空隙都被漿體充填，則等代層的厚度略小于盾尾空隙的理論值；如果隧道壁面的土體較軟，則當(dāng)襯砌脫出盾尾后，土體迅速向盾尾空隙移動、充滿盾尾空隙，隧道壁面土體受擾動。 同時(shí)在壓力作用下，水泥漿滲入到軟土中，形成土與水泥漿的混合材料，考慮到軟土的易擾動性且隧道壁面位移較大，等代層的厚度將大于盾尾空隙的理論值。等代層厚度δ計(jì)算公式如下 δ = ηΑ
其中Α為盾尾計(jì)算空隙，即盾構(gòu)半徑與襯砌半徑的差值；
η為等代層計(jì)算系數(shù)，其取值范圍為0. 7 2. 0，對硬土層，可取其下限；對極軟的土層，可取其上限。針對不同土質(zhì)中的盾構(gòu)隧道，其η值一般可取為硬粘土，0.7 0.9;密砂，0. 9 1. 3 ；松砂，1. 3 1. 8 ；軟粘土，1. 6 2. 0。第四步，模擬隧道襯砌管片結(jié)構(gòu)襯砌采用鋼筋混凝土襯砌，一般為通用環(huán)楔形管片。管片混凝土強(qiáng)度一般為C55級，混凝土抗?jié)B等級為一般S12。襯砌一般采用全圓周通縫或者錯縫拼裝工藝，管片環(huán)與環(huán)之間采用高強(qiáng)螺栓相連接。在本模擬方法中不考慮襯砌管片分塊間的橫向連接，襯砌取為環(huán)向連續(xù)環(huán)形模型，將模型中襯砌彈性模量折減為原來強(qiáng)度的85%，泊松比保持不變。同時(shí)考慮到混凝土管片襯砌一般在彈性階段工作，所以在本模擬方法中采用彈性模型來模擬襯砌管片結(jié)構(gòu)。第五步，模擬盾尾注漿以及漿液硬化過程漿體由液態(tài)逐漸硬化，但液態(tài)難以模擬，采用改變等代層結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)來模擬，選取三個(gè)典型抗壓強(qiáng)度值來模擬本模擬漿液硬化過程，具體為0. IMPaUMI3a和IOMPa ；同時(shí)布置等效均布力，即在挖掉土體后形成隧道洞室的土體和襯砌單元面上分別施加均布壓力。第六步，模擬盾構(gòu)推進(jìn)對臨近既有運(yùn)營地鐵隧道的影響過程在所述第一至第五步驟工作基礎(chǔ)上采用剛度遷移法來模擬盾構(gòu)推進(jìn)的全過程。隧道盾構(gòu)動態(tài)施工整個(gè)過程的模擬是將盾構(gòu)跳躍式向前推進(jìn)作為一個(gè)非連續(xù)過程來研究，在本模擬算法中采用改變單元材料類型的方法來實(shí)現(xiàn)，也就是采用剛度遷移法來完成模擬，即將盾構(gòu)向前推進(jìn)看成是剛度和載荷的遷移過程。數(shù)值模擬過程中，在盾構(gòu)機(jī)殼和管片周圍土體擾動帶均設(shè)有預(yù)制單元，土體開挖采用殺死土體單元來實(shí)現(xiàn)，開挖面推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)殼逐漸深入，土體擾動帶的單元剛度降低到很小，即趨向于10_6，隨后注漿體的硬度逐漸發(fā)生變化，另外襯砌的支護(hù)開始作用，這種情況下采用激活預(yù)先設(shè)置的死單元來實(shí)現(xiàn)其作用。剛度遷移法的具體操作過程為首先，挖去第一環(huán)土體，考慮卸荷作用，釋放第一環(huán)土體應(yīng)力，激活第一環(huán)等代層和襯砌層，此時(shí)等代層為盾構(gòu)機(jī)殼；其次，挖去第二環(huán)土體， 釋放第二環(huán)土體應(yīng)力，激活第二環(huán)等代層和襯砌層，考慮盾尾脫出及注漿，第一環(huán)等代層此時(shí)變?yōu)樽{層，彈性模量為0. IMPa ；然后，挖去第三環(huán)土體，釋放第三環(huán)土體應(yīng)力，激活第三環(huán)等代層和襯砌層，考慮盾尾脫出及注漿，第二環(huán)等代層此時(shí)變?yōu)樽{層，彈性模量為 0. IMPa，考慮注漿硬化，第一環(huán)等代層彈性模量加大為IMPa ；然后，挖去第四環(huán)土體，釋放第四環(huán)土體應(yīng)力，激活第四環(huán)等代層和襯砌層，考慮盾尾脫出及注漿，第三環(huán)等代層此時(shí)變?yōu)樽{層，彈性模量為0. IMPa，考慮注漿硬化，此時(shí)第一環(huán)等代層彈性模量加大為lOMPa， 第二環(huán)等代層彈性模量加大為IMPa;接下來，進(jìn)行其他環(huán)隧道掘進(jìn)過程模擬。當(dāng)掘進(jìn)隧道與既有運(yùn)營隧道既不平行也不垂直施工，而是呈現(xiàn)一定夾角進(jìn)行斜交穿越施工時(shí)，在單元離散過程中，既有運(yùn)營隧道所在區(qū)域單元離散類型與掘進(jìn)隧道區(qū)域單元離散類型盡管一致，但由于斜交工況，三個(gè)區(qū)域接觸面內(nèi)單元節(jié)點(diǎn)并不自然耦合在一起，為此在本模擬方法中設(shè)置薄層單元來實(shí)現(xiàn)不同離散區(qū)域的節(jié)點(diǎn)耦合。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明可提供軟土地區(qū)多線疊交隧道施工過程及對臨近運(yùn)營地鐵隧道變形的精確模擬計(jì)算。本模擬方法特點(diǎn)如下(1)本模擬方法可以考慮軟土地區(qū)多線隧道疊交施工以及超近距離既有構(gòu)筑物施工的復(fù)雜工況，可以同時(shí)模擬盾構(gòu)推進(jìn)、盾尾注漿以及內(nèi)襯施工等復(fù)雜施工工況；(2)本模擬方法不僅能夠考慮隧道平行或者垂直施工的常規(guī)工況，還能夠較好考慮隧道以任意角度斜交施工的工況；(3)本模擬方法得到的模擬計(jì)算結(jié)果可以較好地指導(dǎo)實(shí)際施工，確保多線疊交隧道施工安全穿越既有構(gòu)筑物；(4)利用本模擬方法進(jìn)行隧道施工環(huán)境土工效應(yīng)的理論研究，可以促進(jìn)地下工程等相關(guān)專業(yè)學(xué)科發(fā)展，同時(shí)可為隧道工程現(xiàn)場施工及運(yùn)營提供良好的咨詢與建議。


附圖1為本發(fā)明的模擬多線疊交隧道施工過程及對地鐵隧道變形影響數(shù)值模擬方法操作程序框圖。附圖2為本發(fā)明的等代層結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為本發(fā)明的薄層單元示意圖。附圖4為本發(fā)明的多線疊交隧道施工模擬單元離散示意圖。附圖5為本發(fā)明的施工盾構(gòu)下行線疊交穿越完畢后既有隧道縱向變形規(guī)律示意圖。附圖6為本發(fā)明的運(yùn)營隧道外圈縱向變形監(jiān)測值與計(jì)算值對比結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，通過優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明 實(shí)施例一
參見圖1，本多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法，其特征在于，該模擬方法操作步驟如下
第一步，確定土體基本物理力學(xué)參數(shù)并采用Drucker-Prager準(zhǔn)則模擬土體本構(gòu)關(guān)系 土體基本物理力學(xué)參數(shù)為各層土體重度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量和泊松比，通過現(xiàn)場原位測試結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)共同確定；Drucker-Prager準(zhǔn)則能較好反映土體非線性特性，同時(shí)可避免其他準(zhǔn)則屈服面在棱角處引起數(shù)值計(jì)算上的困難，從而避免奇異結(jié)果的出現(xiàn)；
第二步，進(jìn)行初始自重應(yīng)力場模擬軟土地層初始應(yīng)力場通常為土體自重應(yīng)力場，其在任意深度處土體豎向應(yīng)力值為土體重度與該處土體深度的乘積，而該處土體水平向應(yīng)力值為該處土體豎向應(yīng)力值與靜止土壓力系數(shù)的乘積；靜止土壓力系數(shù)值可采用室內(nèi)三軸儀測得，在原位可采用自鉆式旁壓儀測試得到；
第三步，進(jìn)行等代層結(jié)構(gòu)模擬將與隧道施工密切相關(guān)但又不易量化的變量——盾尾空隙的大小、注漿充填程度以及隧道壁面土體受擾動的程度和范圍等效為一層均質(zhì)等厚的等代層，使這些不易量化的因素在理論算法中得以實(shí)現(xiàn)；等代層中的材料是土、水泥漿及土與水泥漿的混合體，其組成比例與土的性質(zhì)、漿體材料和注漿壓力等有關(guān)，可將等代層作為彈性材料看待，其參數(shù)包括厚度、彈性模量和泊松比；
第四步，模擬隧道襯砌管片結(jié)構(gòu)襯砌一般采用全圓周通縫或者錯縫拼裝工藝，管片環(huán)與環(huán)之間采用高強(qiáng)螺栓相連接；將每環(huán)隧道管片在橫向假設(shè)為一均質(zhì)圓環(huán)，在縱向上考慮環(huán)與環(huán)之間連接對隧道整體剛度的降低，將模型中襯砌彈性模量折減為原來強(qiáng)度的85%，泊松比保持不變；考慮到混凝土管片襯砌一般在彈性階段工作，可以采用彈性模型來模擬襯砌管片結(jié)構(gòu)；
第五步，進(jìn)行盾尾注漿以及漿液硬化過程模擬漿體由液態(tài)逐漸硬化，但液態(tài)難以模擬，采用改變等代層結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)來模擬，選取三個(gè)典型抗壓強(qiáng)度值來模擬漿液硬化過程，具體為0. IMPaUMI^和IOMPa ；同時(shí)布置等效均布力，即在挖掉土體后形成隧道洞室的土體和襯砌單元面上分別施加均布壓力；
第六步，模擬盾構(gòu)施工過程及其對臨近既有運(yùn)營地鐵隧道的變形影響過程在所述第一至第五步驟工作基礎(chǔ)上，采用剛度遷移法來模擬盾構(gòu)推進(jìn)的全過程；將盾構(gòu)向前推進(jìn)作為一個(gè)跳躍式非連續(xù)過程來研究，在襯砌、等代層和土體擾動帶中預(yù)先設(shè)置生死單元，用在不同時(shí)機(jī)激活生死單元改變單元材料力學(xué)特性的方法來反映盾構(gòu)開挖和注漿以及施襯的動態(tài)過程；實(shí)際操作中，在盾構(gòu)機(jī)殼和管片周圍土體擾動帶設(shè)定預(yù)制單元，開挖面推進(jìn)時(shí)， 盾構(gòu)機(jī)殼逐漸深入，土體擾動帶的單元剛度降低到很小，即趨向于10_6，隨后注漿體的硬度逐漸發(fā)生變化，另外襯砌的支護(hù)開始作用，這種情況下激活預(yù)先設(shè)置的死單元來實(shí)現(xiàn)其作用；當(dāng)掘進(jìn)隧道與既有運(yùn)營隧道呈現(xiàn)一定夾角進(jìn)行斜交穿越施工時(shí)，采用薄層單元來實(shí)現(xiàn)不同離散區(qū)域的節(jié)點(diǎn)耦合，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)對臨近既有運(yùn)營地鐵隧道的穿越影響模擬。
實(shí)施例二
本實(shí)施例選取上海市某軌道交通區(qū)間隧道工程為實(shí)例。在隧道掘進(jìn)過程中，施工雙線盾構(gòu)將先后從運(yùn)營軌交隧道上下方穿越，形成四線疊交的特殊工況。其中上行線盾構(gòu)與既有隧道之間最小豎向凈距為1.82m，下行線盾構(gòu)與既有隧道之間最小豎向凈距為1.69m，屬于超近距離既有構(gòu)筑物施工；同時(shí)，施工雙線盾構(gòu)穿越方向與軌交運(yùn)營隧道夾角為75°， 屬于大角度斜交穿越施工。如圖1所示，本多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法的操作步驟如下
第一步，確定施工場地的土體基本物理力學(xué)參數(shù)，如表1所示。采用能較好反映土體非線性特性的Drucker-Prager理想彈塑性模型，單元采用六面體八節(jié)點(diǎn)減縮積分單元 C3D8R。表1 土層物理力學(xué)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法，其特征在于，該模擬方法操作步驟如下第一步，確定土體基本物理力學(xué)參數(shù)并采用Drucker-Prager準(zhǔn)則模擬土體本構(gòu)關(guān)系 土體基本物理力學(xué)參數(shù)為各層土體重度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量和泊松比，通過現(xiàn)場原位測試結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)共同確定；Drucker-Prager準(zhǔn)則能較好反映土體非線性特性，同時(shí)可避免其他準(zhǔn)則屈服面在棱角處引起數(shù)值計(jì)算上的困難，從而避免奇異結(jié)果的出現(xiàn)；第二步，進(jìn)行初始自重應(yīng)力場模擬軟土地層初始應(yīng)力場通常為土體自重應(yīng)力場，其在任意深度處土體豎向應(yīng)力值為土體重度與該處土體深度的乘積，而該處土體水平向應(yīng)力值為該處土體豎向應(yīng)力值與靜止土壓力系數(shù)的乘積；靜止土壓力系數(shù)值可采用室內(nèi)三軸儀測得，在原位可采用自鉆式旁壓儀測試得到；第三步，進(jìn)行等代層結(jié)構(gòu)模擬將與隧道施工密切相關(guān)但又不易量化的變量——盾尾空隙的大小、注漿充填程度以及隧道壁面土體受擾動的程度和范圍等效為一層均質(zhì)等厚的等代層，使這些不易量化的因素在理論算法中得以實(shí)現(xiàn)；等代層中的材料是土、水泥漿及土與水泥漿的混合體，其組成比例與土的性質(zhì)、漿體材料和注漿壓力等有關(guān)，可將等代層作為彈性材料看待，其參數(shù)包括厚度、彈性模量和泊松比；第四步，模擬隧道襯砌管片結(jié)構(gòu)襯砌一般采用全圓周通縫或者錯縫拼裝工藝，管片環(huán)與環(huán)之間采用高強(qiáng)螺栓相連接；將每環(huán)隧道管片在橫向假設(shè)為一均質(zhì)圓環(huán)，在縱向上考慮環(huán)與環(huán)之間連接對隧道整體剛度的降低，將模型中襯砌彈性模量折減為原來強(qiáng)度的85%，泊松比保持不變；考慮到混凝土管片襯砌一般在彈性階段工作，可以采用彈性模型來模擬襯砌管片結(jié)構(gòu)；第五步，進(jìn)行盾尾注漿以及漿液硬化過程模擬漿體由液態(tài)逐漸硬化，但液態(tài)難以模擬，采用改變等代層結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)來模擬，選取三個(gè)典型抗壓強(qiáng)度值來模擬漿液硬化過程，具體為0. IMPaUMPa和IOMPa ；同時(shí)布置等效均布力，即在挖掉土體后形成隧道洞室的土體和襯砌單元面上分別施加均布壓力；第六步，模擬盾構(gòu)施工過程及其對臨近既有運(yùn)營地鐵隧道的變形影響過程在所述第一至第五步驟工作基礎(chǔ)上，采用剛度遷移法來模擬盾構(gòu)推進(jìn)的全過程；將盾構(gòu)向前推進(jìn)作為一個(gè)跳躍式非連續(xù)過程來研究，在襯砌、等代層和土體擾動帶中預(yù)先設(shè)置生死單元，用在不同時(shí)機(jī)激活生死單元改變單元材料力學(xué)特性的方法來反映盾構(gòu)開挖和注漿以及施襯的動態(tài)過程；實(shí)際操作中，在盾構(gòu)機(jī)殼和管片周圍土體擾動帶設(shè)定預(yù)制單元，開挖面推進(jìn)時(shí)， 盾構(gòu)機(jī)殼逐漸深入，土體擾動帶的單元剛度降低到很小，即趨向于10_6，隨后注漿體的硬度逐漸發(fā)生變化，另外襯砌的支護(hù)開始作用，這種情況下激活預(yù)先設(shè)置的死單元來實(shí)現(xiàn)其作用；當(dāng)掘進(jìn)隧道與既有運(yùn)營隧道呈現(xiàn)一定夾角進(jìn)行斜交穿越施工時(shí)，采用薄層單元來實(shí)現(xiàn)不同離散區(qū)域的節(jié)點(diǎn)耦合，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)對臨近既有運(yùn)營地鐵隧道的穿越影響模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述第三步驟中的等代層彈性模量可參考水泥土模量來??；由于泊松比取值對地層變形計(jì)算的影響有限，故可參考水泥土泊松比，等代層厚度S并不等于盾尾空隙的理論值，其計(jì)算公式如下δ = ηΑ其中Α為盾尾計(jì)算空隙，即盾構(gòu)半徑與襯砌半徑的差值；η為等代層計(jì)算系數(shù)，其取值范圍為0. 7 2. 0，對硬土層，可取其下限；對極軟的土層，可取其上限；針對不同土質(zhì)中的盾構(gòu)隧道，其η值一般可取為硬粘土，0. 7 0. 9 ；密砂，0.9 1.3 ；松砂，1.3 1.8 ；軟粘土，1.6 2.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法，其特征在于所述第六步驟中，當(dāng)掘進(jìn)隧道與既有運(yùn)營隧道既不平行也不垂直施工，而是呈現(xiàn)一定夾角進(jìn)行斜交穿越施工時(shí)，在單元離散過程中，既有運(yùn)營隧道所在區(qū)域單元離散類型與掘進(jìn)隧道區(qū)域單元離散類型盡管一致，但由于斜交工況，三個(gè)區(qū)域接觸面內(nèi)單元節(jié)點(diǎn)空間距離較遠(yuǎn)，并不自然耦合在一起，為此設(shè)置所述薄層單元來實(shí)現(xiàn)不同離散區(qū)域的節(jié)點(diǎn)耦合，從而避免常規(guī)數(shù)值計(jì)算方法在模擬大角度斜交隧道施工工況時(shí)較難收斂甚至結(jié)果奇異的缺陷。
全文摘要
本發(fā)明屬隧道工程領(lǐng)域，具體涉及一種多線疊交隧道施工過程及對隧道變形影響數(shù)值模擬方法。本方法的操作步驟為第一步確定土體本構(gòu)模型，第二步模擬初始自重應(yīng)力場，第三步模擬等代層結(jié)構(gòu)，第四步模擬隧道管片結(jié)構(gòu)，第五步模擬漿液硬化過程，第六步模擬盾構(gòu)推進(jìn)對運(yùn)營地鐵隧道影響過程。本模擬方法詳細(xì)考慮了多線疊交隧道施工的復(fù)雜工況，采用了剛度遷移法來模擬盾構(gòu)推進(jìn)過程，其中在襯砌和土體擾動帶中預(yù)設(shè)生死單元，采用在不同施工步激活生死單元改變單元材料力學(xué)特性的方法來反映盾構(gòu)施工的動態(tài)過程。在本模擬方法中，采用薄層單元來模擬多線疊交隧道以任意角度斜交施工工況，可以避免常規(guī)有限元方法在模擬此類施工工況時(shí)較難收斂的缺陷。
文檔編號G06F17/50GK102306225SQ20111028914
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者吳惠明, 張孟喜, 張治國, 肖瀟 申請人:上海大學(xué)