一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及既盾構沉降技術領域，特別是涉及一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法。
【背景技術】
[0002]隨著近年來地下空間的不斷開發，盾構穿越重大風險的工程越來越頻繁，與傳統的淺埋暗挖法相此，盾構工法對地層的擾動相對較小，而且生產過程便于控制和管理，但土壓平衡盾構的結構特征及盾構工法的施工特點決定了盾構施工過程中也同樣無法完全避免地層沉降的產生。盾構穿越地層沉降控制要求嚴格的重大風險工程或區域時，大多采取預先加固，然后盾構再穿越的施工方案。然而這種方案嚴重受限于現場施工條件，地層加固效果也無法確定，而且預先加固大大增加了工程造價。
[0003]為了減小盾構推進時土層與盾殼的摩擦阻力，盾構開挖直徑通常大于盾殼外徑3?4cm。實際工程中，盾構下部因為自重直接與土體接觸，因此上部的開挖間隙通常有6?8cm。當開挖土層穩定性較好、推進正常無長時間停機、變形控制要求低時，盾殼與土體之間的開挖間隙的存在對沉降的影響較小，然而當地層敏感性高，盾構近距離穿越特、一級風險工程、停機時間過長時，開挖間隙的存在可能會使沉降超出變形控制要求。
[0004]目前國內外對盾構通過后地表或既有結構沉降的數值模擬研究，主要考慮盾尾同步注漿和土艙壓力的影響，通常將盾構模擬為圓筒狀，開挖直徑與盾構外徑相同，并未考慮盾殼與土層之間開挖間隙的填充對沉降的影響。
[0005]數值模擬方法是通過數值計算和圖像顯示的方法對實際工程問題進行分析，與現場原位試驗或大型模型試驗相比，數值分析方法成本低廉并且可以模擬多種不同的邊界條件。由于實際工程環境復雜，數值計算軟件無法完全模擬，通常情況會對模型做大量的簡化工作
[0006]因此希望有一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法來克服或至少減輕上述的缺陷。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法來克服現有技術中存在的上述問題。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，在盾構模型的外殼上添加一層填充層，所述填充層模擬中盾注漿孔中注入的漿液，通過改變填充層材料的力學參數，模擬不同填充材料對沉降的影響。
[0009]優選地，研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，包括以下步驟:
[0010](1):利用有限元分別建立土體、既有線、盾構、管片和等代層的實體單元模型，并賦予相應的材料力學參數，填充層厚度為盾構開挖半徑與盾殼半徑之差；
[0011](2)進行網格劃分，由于開挖間隙相對盾尾間隙小的多，因此需要在劃分網格時對盾構模型進行加密處理，提高分析的精度，并在粗細網格交界面設置約束，防止計算不收斂、網格畸形的情況出現；
[0012](3)設置分析步，初始地應力平衡后，利用死活單元法，通過殺死開挖區土體、激活相應管片模擬盾構推進；
[0013](4)提取計算結果后與已經使用這種工法的實際沉降監測值進行對此，分析不同填充層材料參數條件下盾構推進對地層的擾動，得出影響地表和既有結構的關鍵因素，達到指導工程實踐中填充材料的配此選取的目的。
[0014]本發明提供了一種基于注漿技術的既有線沉降控制系統，所述研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法從盾構施工的生產工藝出發，進一步減小盾構推進工程中對周圍土體的擾動。
【附圖說明】
[0015]圖1是土體及既有線模型的示意圖。
[0016]圖2是盾構模型的示意圖。
[0017]圖3是模型網格劃分的示意圖。
[0018]圖4是盾構網格加密的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0020]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。
[0021]在本發明一寬泛實施例中:本發明提供一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，在盾構模型的外殼上添加一層填充層，所述填充層模擬中盾注漿孔中注入的漿液，通過改變填充層材料的力學參數，模擬不同填充材料對沉降的影響。
[0022]本發明提供了一種基于注漿技術的既有線沉降控制系統，所述研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法從盾構施工的生產工藝出發，進一步減小盾構推進工程中對周圍土體的擾動
[0023]研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，包括以下步驟:
[0024](1)如圖1所示，利用有限元分別建立土體、既有線、盾構、管片和等代層的實體單元模型，并賦予相應的材料力學參數;如圖2所示外徑為盾構開挖直徑，內徑由盾構機重量計算得出，填充層1的厚度為開挖半徑與盾殼半徑之差；
[0025](2)如圖3所示，進行網格劃分，由于開挖間隙相對盾尾間隙小的多，因此需要在劃分網格時對盾構模型進行加密處理，提高分析的精度;如圖4所示，在粗細網格交界面設置約束，防止計算不收斂、網格畸形的情況出現；
[0026](3)設置分析步，初始地應力平衡后，利用死活單元法，通過殺死開挖區土體、激活相應管片模擬盾構推進；
[0027](4)提取計算結果后與已經使用這種工法的實際沉降監測值進行對此，分析不同填充層材料參數條件下盾構推進對地層的擾動，得出影響地表和既有結構的關鍵因素，達到指導工程實踐中填充材料的配此選取的目的
[0028]最后需要指出的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，其特征在于，在盾構模型的外殼上添加一層填充層，所述填充層模擬中盾注漿孔中注入的漿液，通過改變填充層材料的力學參數，模擬不同填充材料對沉降的影響。2.如權利要求1所述的研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟: (1):利用有限元分別建立土體、既有線、盾構、管片和等代層的實體單元模型，并賦予相應的材料力學參數，填充層厚度為盾構開挖半徑與盾殼半徑之差； (2)進行網格劃分，由于開挖間隙相對盾尾間隙小的多，因此需要在劃分網格時對盾構模型進行加密處理，提高分析的精度，并在粗細網格交界面設置約束，防止計算不收斂、網格畸形的情況出現； (3)設置分析步，初始地應力平衡后，利用死活單元法，通過殺死開挖區土體、激活相應管片模擬盾構推進； (4)提取計算結果后與已經使用這種工法的實際沉降監測值進行對比，分析不同填充層材料參數條件下盾構推進對地層的擾動，得出影響地表和既有結構的關鍵因素，達到指導工程實踐中填充材料的配比選取的目的。
【專利摘要】本發明公開了一種研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法，所述研究盾構開挖間隙對沉降影響的數值模擬方法在盾構模型的外殼上添加一層填充層，所述填充層模擬中盾注漿孔中注入的漿液，通過改變填充層材料的力學參數，模擬不同填充材料對沉降的影響。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105426576
【申請號】CN201510731363
【發明人】江華, 江玉生, 王永義, 殷明倫, 孫正陽
【申請人】中國礦業大學(北京), 中建交通建設集團有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月3日