近距离平行隧道盾构施工对老隧道影响的数值模拟

摘要

在城市地铁工程的修建中，盾构法隧道施工技术以其独有的智能化、安全、快捷等特点与优势，越来越得到广泛的推广和应用。盾构法己成为我国城市地铁施工中一种重要的施工方法。虽然盾构法取得了斐然成绩，但此法施工不可避免地引起地表沉降，地表沉降过大时，会影响到盾构隧道的安全施工和地表建筑物的正常使用。由施工引起的地面沉降及其对周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常关心的问题。 有限元法是计算盾构隧道开挖的重要方法。本文从数学与力学研究方法入手，开展了盾构施工引起土体变形的三维有限元数值计算的研究；根据工程实际，综合考虑盾构隧道施工过程中的材料非线性、盾尾建筑空隙、盾构密封舱内土压力、土体与衬砌结构的相互作用等因素，利用有限元方法对盾构隧道动态开挖过程进行模拟。 本文以天津地铁某区间盾构施工为背景，建立了盾构法隧道施工的三维有限元分析模型，针对近距离双线平行的多种工况采用ABAQUS程序进行了数值模拟分析，揭示了在盾构新隧道施工时对既有隧道产生的影响，包括地表沉降、老隧道的应力分布和衬砌变形等。结果表明，土体的模量、隧道间净距、注浆压力等因素对隧道间相互作用有较大影响，且土体越软其影响越显著，应在工程中引起足够的重视。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.1.1 盾构法施工可行性研究概述

1.1.2 邻近隧道施工相互作用的研究概述

1.2 盾构施工工艺简介

1.2.1 盾构施工法的发展历史

1.2.2 盾构施工工艺

1.3 国内外研究进展

1.3.1 地层位移的国内外研究状况

1.3.2 邻近隧道施工的相互作用的国内外研究状况

1.4 本文的研究思路及主要内容

第二章 土体本构模型及地层移动理论

2.1 土体本构模型

2.1.1 Duncan-Chang非线性弹性模型

2.1.2 Drucker-Prager弹塑性模型

2.1.3 Mohr-Coulomb弹塑性模型

2.2 地层移动理论

2.2.1 地层移动的过程

2.2.2 地层移动的影响因素

2.2.3 地层移动的影响范围

第三章 隧道开挖基本理论及ABAQUS简介

3.1 隧道开挖模拟基本理论

3.1.1 隧道开挖机理分析

3.1.2 卸载效应

3.1.3 解除约束效应

3.1.4 开挖效应

3.2 ABAQUS简介

3.2.1 ABAQUS程序概述

3.2.2 ABAQUS基本模块介绍

3.2.3 ABAQUS中非线性问题的处理

3.2.4 ABAQUS中接触问题的处理

3.2.5 空间8节点等参数单元

第四章 隧道开挖有限元模拟

4.1 有限元法的基本原理和基本步骤

4.2 固结沉降

4.3 工程背景

4.4 隧道开挖模拟的有限元方法

4.5 有限元计算成果及分析

4.5.1 三维有限元网格划分

4.5.2 新隧道盾构推进引起的地表位移

4.5.3 新隧道盾构推进引起老隧道衬砌的位移和应力

4.6 新隧道对老隧道作用影响因素

4.6.1 土层软硬程度的影响

4.6.2 新、老隧道间净距的影响

4.6.3 注浆压力的影响

4.6.4 隧道布置方式的影响

4.7 结论

第五章 结论和建议

5.1 结论

5.2 进一步研究的方向

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢：