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浅埋暗挖不同工法对地表沉降的影响

 

摘要：地下工程或地下洞室的修建会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响，对地面产生变形。本文结合结构地层模型，采用邓肯一张的非线性弹性本构模型，考虑了浅埋暗挖2种工法施工对隧道上部地表沉降的影响，利用ANSYS有限元软件，对场地的地铁隧道开挖方式不同对地表的影响进行了数值分析，得出了一定规律性和有益的结论。

关键词：浅埋暗挖地表沉降开挖方式有限元分析

 

1计算模型建立及参数的选取

      地下结构的计算不同于一般结构物。首先，地下结构与岩土介质结合成一个连续的或不连续的整体系统，相互作用，共同受力;其次，土介质材料一般呈不均质、各向异性的非线性形态;通常处于二维或三维的复杂应力状态，例如隧道衬砌应按平面应变和空间问题计算分析等。因此，在实际工程中，隧道对地表沉降的影响是一个非常复杂的问题，鉴于目前二维模型也能较好的得到问题的解答，在计算中做出如下简化假设:1)采用二维平面应变模型进行模拟;2)假设计算范围内为均匀土层。

1. 1计算模型的建立

      场地计算模型图如图1，网络划分如图2。模型的选取参考了北京地下直径线崇文门车站直径线区间隧道，区间采用浅埋暗挖法施工，隧道埋深8m，区间采用马蹄形断面，矿山法施工，复合衬砌结构顶部圆拱半径为6. 28m，仰拱半径为14. 7m。

      根据计算，边界取为隧洞等效直径的3倍左右，误差在10%以内。水平方向取55 m为横向边界，竖直取地表以下34. 5m为下边界，能够准确的得到问题的解答。

      为了得到不同开挖方式对地表沉降的影响，本文模拟了两种开挖方式，都分四步开挖，但开挖的顺序不一样。

1. 2土体本构模型

      邓肯一张双曲线模型能较好地反映土的非线性性状，被广泛地应用于岩土工程的数值分析中。在地铁施工的设计计算过程中，常常要求分析计算不太复杂，又能接近实际。而不少学者则认为邓肯一张模型用于地下工程分析是比较理想的。

1.3材料参数选取

计算所用的材料及参数选取如表1所示。其中参数E为弹性模量;A为截面积;Y为重度;I为惯性矩。

1. 4隧道施工计算步骤

      (1)第一种开挖方式(图3):

2计算结果分析

      利用ANSYS有限元分

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