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地下隧道盾構(gòu)法施工具有適應(yīng)不同地層和埋深、對(duì)周圍環(huán)境的影響較小、施工的機(jī)械化程度較高、掘進(jìn)速度快、施工安全等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于城市地下開挖工程。隨著盾構(gòu)技術(shù)日益完善，土壓平衡盾構(gòu)、泥水平盾構(gòu)在歐、美、日等西方國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)目前也傾向于應(yīng)用盾構(gòu)法進(jìn)行城市地下交通施工，下面詳細(xì)介紹盾構(gòu)法的有限元分析方法。
過江隧道采用泥水盾構(gòu)法施工，線路走向主要受兩端線路疏解制約，受到多處建筑物和地下管線的影響。盾構(gòu)施工對(duì)這些建筑物和管線產(chǎn)生影響的程度和范圍，及如何采取有效得保護(hù)措施，是需要切實(shí)解決的問題.盾構(gòu)施工中最關(guān)心的問題之一是施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，主要是地層運(yùn)動(dòng)的影響。國(guó)內(nèi)外地下工程界對(duì)此非常重視，進(jìn)行了深入的研究，其中最有影響的是：Peck提出了計(jì)算地下開挖導(dǎo)致的地表沉降分布的經(jīng)驗(yàn)公式；同濟(jì)大學(xué)和上海市政局根據(jù)多年來盾構(gòu)施工實(shí)踐的資料對(duì)Peck公式進(jìn)行了研究，分別提出了考慮土體擾動(dòng)后固結(jié)沉降和地層損失概念的修正Peck公式；駱建軍等通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，給出有限元法的特征曲線解析。
盾構(gòu)施工過程中的地表沉降是由隧道埋深、地層條件、盾構(gòu)機(jī)型、施工工況等多種因素造成的，不同地域的結(jié)果差別較大。在中國(guó)，盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用及研究主要集中在上海，研究成果也主要針對(duì)上海的地質(zhì)條件和土壓平衡盾構(gòu)等特點(diǎn)，同時(shí)國(guó)內(nèi)關(guān)于盾構(gòu)施工對(duì)地層影響的研究還限于一般地鐵隧道施工引起的地面沉降的預(yù)測(cè)與研究。本研究從保護(hù)建筑物的角度出發(fā)，研究越江公路隧道盾構(gòu)施工導(dǎo)致的地層水平位移，這在國(guó)內(nèi)尚未見報(bào)道。
總應(yīng)力分析法和有效應(yīng)力分析法是巖土工程中兩種最基本的分析方法。從應(yīng)用上來說，總應(yīng)力分析法一般用于不考慮滲流固結(jié)的情況，對(duì)于盾構(gòu)推進(jìn)的施工過程，土體的應(yīng)力和變形分析屬于短期變形，因此本研究采用總應(yīng)力分析法。在盾構(gòu)隧道開挖過程的模擬中，土體與襯砌結(jié)構(gòu)的相互作用采用接觸面模擬，接觸作用采用摩擦硬接觸。在實(shí)際工程中土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非常復(fù)雜的，本研究采用以Mohr-Coulomb準(zhǔn)則為屈服準(zhǔn)則的彈塑性模型，用有限單元法分析彈性薄殼，有兩種不同的途徑：一種是用薄單元組成的折板系統(tǒng)代替原來的薄殼，由平面應(yīng)力狀態(tài)和板彎曲應(yīng)力狀態(tài)加以組合而得到薄殼的應(yīng)力狀態(tài)；另一種是直接采用曲面單元，根據(jù)殼體理論推導(dǎo)單元?jiǎng)偠染仃�，本研究分析襯砌時(shí)采用后一種方法。
應(yīng)用ABAQUS軟件模擬雙線平行隧道開挖，兩隧道中心距離為16.322m，模型的1方向取120 m，2方向取60 m。土體采用平面應(yīng)變4節(jié)點(diǎn)等參單元，管片采用平面應(yīng)變4節(jié)點(diǎn)減縮積分非協(xié)調(diào)單元。土體單元數(shù)為1048，節(jié)點(diǎn)數(shù)為1153，管片單元數(shù)為48，節(jié)點(diǎn)數(shù)為96。針對(duì)不同地層損失率VL(VL分別取為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)進(jìn)行模擬。模擬中的開挖外徑Dt按公式π4(D2m-D2t)/π4D2s=VL計(jì)算，得Dt分別為11.0294、11.0588、11.0880和11.1173 m，開挖直徑Dm=11.69 m，襯砌外徑Ds=11 m.對(duì)隧道埋深H取13.77 m(其他埋深的網(wǎng)格圖略)、20.77 m、27.77 m和34.77 m時(shí)的情況進(jìn)行模擬。
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