[发明专利]地下水对地铁盾构隧道施工影响的数值模拟分析方法

说明书

本发明公开了地下水对地铁盾构隧道施工影响的数值模拟分析方法，包括如下步骤：S1、构建三维计算模型：首先建立模型及边界条件，然后进行本构模型选取及计算假设，设定材料参数，初始应力场的建立，盾构施工过程的模拟；S2、设计模拟工况：确定试验方法、影响因素及水平。本发明采用数值计算软件，首先基于单因素变量法，分析土仓压力、注浆压力、注浆范围对既有铁路沉降、轨道高差的影响规律；基于正交试验方法，采用极差分析方法得到出土仓压力、注浆压力、注浆范围对既有铁路沉降、过程最大轨道高差、最终轨道高差影响的主次顺序，解决了现有技术无法有效的对隧道施工进行数值模拟分析，无法避免施工的安全隐患的问题。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为地下水对地铁盾构隧道施工影响的 数值模拟分析方法。

背景技术

地下水的补给来源主要为人工降水垂直入渗补给，其次为地表水的入渗 补给和灌溉补给。场区内地下水流向总体自东北向西南流动。地下水的排泄 方式主要为人工开采和自然排泄，人工开采主要以农田灌溉、工业用水、生 活用水为主；自然排泄包括蒸发及向下游侧向流出。

动态变化主要受季节性气候控制，故地下水位受季节性变化影响较大， 一般来说，冬、春季为枯水期，水位有所下降，夏、秋季为丰水期，地下水 位有所回升，呼和浩特市地区枯水期与丰水期的水位变化幅度在1.5～3.0m 之间。由于近年施工降水以及人为对地下水的开采引起区域地下水水位下降 影响，拟建线路场地内地下水水位也呈下降趋势。

地下水位以上土层对混凝土结构具弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢 筋具微腐蚀性；对混凝土结构具弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长 期浸水条件下具微腐蚀，在干湿交替条件下具弱腐蚀性。现有技术无法有效 的对隧道施工进行数值模拟分析，无法避免施工的安全隐患，为此，我们提 出地下水对地铁盾构隧道施工影响的数值模拟分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供地下水对地铁盾构隧道施工影响的数值模拟分析 方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：地下水对地铁盾构隧道施 工影响的数值模拟分析方法，包括如下步骤：

S1、构建三维计算模型：首先建立模型及边界条件，然后进行本构模型 选取及计算假设，设定材料参数，初始应力场的建立，盾构施工过程的模拟；

S2、设计模拟工况：确定试验方法、影响因素及水平，然后进行工况设 计，最后对正交试验结果进行分析；

S3、施工参数对既有地铁隧道变形的影响分析：在进行数值计算时需要 在既有地铁隧道结构相应部位布设监测点，并通过FLAC^3D将其数值输出；

S4、各因素对既有地铁隧道变形的敏感性分析：对正交试验工况数值模 拟结果进行极差分析，以道床沉降为评价指标，以最终轨道高差为评价指标， 由极差分析结果判断各因素的影响程度。

优选的，所述步骤S1中模型采用位移边界条件，其中底部为固定边界， 限制模型的水平和竖直方向的位移，模型周边限制水平方向的位移，模型上 部为自由边界。

优选的，所述步骤S1中计算假设在进行数值模拟时进行简化处理，所述 材料参数包括土层参数、既有铁路结构参数和基坑结构参数。

优选的，所述步骤S2中确定试验方法时选取地层条件、隧道埋深、交叉 净距、交叉角度、盾构土仓压力、盾构注浆压力和注浆量因素中的一个或多 个，每个因素分为四个水平，一方面分析各因素对既有地铁隧道变形的影响 规律，另一方面分析各因素对既有地铁出入段线变形的敏感性。

优选的，所述步骤S2中工况设计包括单因素变量法工况设计和正交试验 工况设计，在采用单因素变量法分析单个因素对既有地铁隧道变形的影响规 律时，每个因素按四种工况进行设计。