盾构隧道开挖过程中土体主应力轴旋转影响研究

摘要

盾构法自其诞生至今，凭借其自身的安全性稳定性等优势，逐渐成为主要的隧道施工方法。尤其是近些年来我国各大城市地铁和过江隧道的修建极大地推动了盾构法施工在我国的发展。盾构隧道开挖过程中由于土体应力的释放必然使土体的主应力轴发生旋转，主应力轴旋转是一个在工程建设中常常遇到的问题又是一个经常被人们所忽略的问题。因此在隧道开挖过程中考虑土体主应力轴旋转的影响是必要的。
　　本文以南京纬三路过江隧道北线为背景，用三维有限差分软件FLAC3D模拟了江边一段隧道的施工过程。由于土体主应力轴的旋转会对土的内摩擦角产生影响，因此在模拟中把这个因素考虑进去，以此来研究主应力轴旋转的影响。
　　通过计算发现在隧道开挖过程中掌子面前方2m的土体在掌子面到达前完成主应力轴旋转。隧道轮廓线周围的土体开挖前最大主应力的方向为竖向，随着开挖的进行逐渐变为与隧道轮廓线平行的方向。
　　对比考虑主应力轴旋转的计算结果和不考虑主应力轴旋转的计算结果发现，考虑主应力轴旋转时隧道的最大沉降累积值比不考虑时增大。隧道塑性区的范围随着开挖的进行逐渐增大，在开挖通过研究断面后基本稳定。考虑主应力轴旋转影响时研究断面的塑性区在隧道开挖到该断面之前和不考虑应力轴旋转时的发展规律基本一样，开挖通过研究断面后的发展趋势也和不考虑应力轴旋转时一致，但是塑性区的影响范围扩大一倍。