专题5 盾构隧道掘进过程模拟

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盾构隧道分段开挖地表沉降分析

盾构隧道的衬砌常用预制混凝土管片组成，在隧道掘进机中用螺栓连接预制混凝土管片，形成隧道衬砌。组装衬砌时隧道掘进机（TBM，tunnel boring machine）静止不动。当一环衬砌组装完成后，继续开挖，直至能够安装下一环衬砌管片。因此，施工过程可以按每一环衬砌管片的长度分为若干施工阶段，一般约1.5m长。在每个施工阶段按上述步骤施工，如此往复进行。

为利用PLAXIS 3D模拟上述施工过程，沿隧道轴线方向将隧道几何模型分割为若干施工段，每段长1.5m。计算过程由若干“塑性”计算阶段组成，每个阶段用来模拟相同的开挖施工过程，模拟内容包括：为防止掌子面土体主动破坏施加在掘进面上的支承压力，盾构机（TBM）护盾的锥形形状，盾构机（TBM）中土体和孔隙水的开挖过程，隧道管片安装及在新装衬砌与土体之间空隙注浆（见图15-1）。在每个计算阶段中，为相应施工阶段输入的参数都是相同的，只是各施工阶段的位置，需每次向前移动1.5m。

图15-1  盾构隧道模型的施工阶段

学习要点：

1）使用形状设计器构建隧道断面轮廓线，基于多段线创建面，对部分重合的面进行交叉与重组。

2）定义各种面荷载分布形式模拟盾构隧道施工过程中的注浆压力、掌子面平衡压力和千斤顶推力。

3）定义面收缩，模拟盾构隧道施工过程中的土体损失。

4）模拟盾构隧道推进过程。