一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及既盾构沉降技术领域，特别是涉及一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法。
【背景技术】
[0002]随着近年来地下空间的不断开发，盾构穿越重大风险的工程越来越频繁，与传统的浅埋暗挖法相此，盾构工法对地层的扰动相对较小，而且生产过程便于控制和管理，但土压平衡盾构的结构特征及盾构工法的施工特点决定了盾构施工过程中也同样无法完全避免地层沉降的产生。盾构穿越地层沉降控制要求严格的重大风险工程或区域时，大多采取预先加固，然后盾构再穿越的施工方案。然而这种方案严重受限于现场施工条件，地层加固效果也无法确定，而且预先加固大大增加了工程造价。
[0003]为了减小盾构推进时土层与盾壳的摩擦阻力，盾构开挖直径通常大于盾壳外径3?4cm。实际工程中，盾构下部因为自重直接与土体接触，因此上部的开挖间隙通常有6?8cm。当开挖土层稳定性较好、推进正常无长时间停机、变形控制要求低时，盾壳与土体之间的开挖间隙的存在对沉降的影响较小，然而当地层敏感性高，盾构近距离穿越特、一级风险工程、停机时间过长时，开挖间隙的存在可能会使沉降超出变形控制要求。
[0004]目前国内外对盾构通过后地表或既有结构沉降的数值模拟研究，主要考虑盾尾同步注浆和土舱压力的影响，通常将盾构模拟为圆筒状，开挖直径与盾构外径相同，并未考虑盾壳与土层之间开挖间隙的填充对沉降的影响。
[0005]数值模拟方法是通过数值计算和图像显示的方法对实际工程问题进行分析，与现场原位试验或大型模型试验相比，数值分析方法成本低廉并且可以模拟多种不同的边界条件。由于实际工程环境复杂，数值计算软件无法完全模拟，通常情况会对模型做大量的简化工作
[0006]因此希望有一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法来克服或至少减轻上述的缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法来克服现有技术中存在的上述问题。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，在盾构模型的外壳上添加一层填充层，所述填充层模拟中盾注浆孔中注入的浆液，通过改变填充层材料的力学参数，模拟不同填充材料对沉降的影响。
[0009]优选地，研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，包括以下步骤:
[0010](1):利用有限元分别建立土体、既有线、盾构、管片和等代层的实体单元模型，并赋予相应的材料力学参数，填充层厚度为盾构开挖半径与盾壳半径之差；
[0011](2)进行网格划分，由于开挖间隙相对盾尾间隙小的多，因此需要在划分网格时对盾构模型进行加密处理，提高分析的精度，并在粗细网格交界面设置约束，防止计算不收敛、网格畸形的情况出现；
[0012](3)设置分析步，初始地应力平衡后，利用死活单元法，通过杀死开挖区土体、激活相应管片模拟盾构推进；
[0013](4)提取计算结果后与已经使用这种工法的实际沉降监测值进行对此，分析不同填充层材料参数条件下盾构推进对地层的扰动，得出影响地表和既有结构的关键因素，达到指导工程实践中填充材料的配此选取的目的。
[0014]本发明提供了一种基于注浆技术的既有线沉降控制系统，所述研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法从盾构施工的生产工艺出发，进一步减小盾构推进工程中对周围土体的扰动。
【附图说明】
[0015]图1是土体及既有线模型的示意图。
[0016]图2是盾构模型的示意图。
[0017]图3是模型网格划分的示意图。
[0018]图4是盾构网格加密的示意图。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0020]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0021]在本发明一宽泛实施例中:本发明提供一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，在盾构模型的外壳上添加一层填充层，所述填充层模拟中盾注浆孔中注入的浆液，通过改变填充层材料的力学参数，模拟不同填充材料对沉降的影响。
[0022]本发明提供了一种基于注浆技术的既有线沉降控制系统，所述研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法从盾构施工的生产工艺出发，进一步减小盾构推进工程中对周围土体的扰动
[0023]研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，包括以下步骤:
[0024](1)如图1所示，利用有限元分别建立土体、既有线、盾构、管片和等代层的实体单元模型，并赋予相应的材料力学参数;如图2所示外径为盾构开挖直径，内径由盾构机重量计算得出，填充层1的厚度为开挖半径与盾壳半径之差；
[0025](2)如图3所示，进行网格划分，由于开挖间隙相对盾尾间隙小的多，因此需要在划分网格时对盾构模型进行加密处理，提高分析的精度;如图4所示，在粗细网格交界面设置约束，防止计算不收敛、网格畸形的情况出现；
[0026](3)设置分析步，初始地应力平衡后，利用死活单元法，通过杀死开挖区土体、激活相应管片模拟盾构推进；
[0027](4)提取计算结果后与已经使用这种工法的实际沉降监测值进行对此，分析不同填充层材料参数条件下盾构推进对地层的扰动，得出影响地表和既有结构的关键因素，达到指导工程实践中填充材料的配此选取的目的
[0028]最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，其特征在于，在盾构模型的外壳上添加一层填充层，所述填充层模拟中盾注浆孔中注入的浆液，通过改变填充层材料的力学参数，模拟不同填充材料对沉降的影响。2.如权利要求1所述的研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤: (1):利用有限元分别建立土体、既有线、盾构、管片和等代层的实体单元模型，并赋予相应的材料力学参数，填充层厚度为盾构开挖半径与盾壳半径之差； (2)进行网格划分，由于开挖间隙相对盾尾间隙小的多，因此需要在划分网格时对盾构模型进行加密处理，提高分析的精度，并在粗细网格交界面设置约束，防止计算不收敛、网格畸形的情况出现； (3)设置分析步，初始地应力平衡后，利用死活单元法，通过杀死开挖区土体、激活相应管片模拟盾构推进； (4)提取计算结果后与已经使用这种工法的实际沉降监测值进行对比，分析不同填充层材料参数条件下盾构推进对地层的扰动，得出影响地表和既有结构的关键因素，达到指导工程实践中填充材料的配比选取的目的。
【专利摘要】本发明公开了一种研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法，所述研究盾构开挖间隙对沉降影响的数值模拟方法在盾构模型的外壳上添加一层填充层，所述填充层模拟中盾注浆孔中注入的浆液，通过改变填充层材料的力学参数，模拟不同填充材料对沉降的影响。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105426576
【申请号】CN201510731363
【发明人】江华, 江玉生, 王永义, 殷明伦, 孙正阳
【申请人】中国矿业大学(北京), 中建交通建设集团有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月3日