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大直径盾构江底掘进对土体的扰动效应研究
摘要
盾构是一种在城市地下建造工程中被广泛使用的方法。然而，盾构施工可能会对地下土体造成扰动，从而导致地下管道或建筑结构的损坏。因此，研究盾构施工对土体的扰动效应是非常必要的。本研究采用数值模拟方法，对大直径盾构江底掘进过程中土体的扰动效应进行了研究。研究结果表明，盾构掘进过程中会产生较大的土体位移和应力集中现象，这可能会对地下管道和建筑物造成破坏。
关键词：盾构掘进；扰动效应；土体位移；应力集中
Abstract
Shieldtunnelingisawidelyusedmethodforundergroundconstructioninurbanareas.However,shieldtunnelingmaycausedisturbancetotheundergroundsoil,resultingindamagetoundergroundpipelinesorbuildingstructures.Therefore,itisessentialtostudythedisturbanceeffectofshieldtunnelingonthesoil.Inthisstudy,numericalsimulationwasusedtoinvestigatethedisturbanceeffectoflarge-diametershieldtunnelingonthesoilduringtheexcavationprocessattheriverbottom.Theresultsofthestudyindicatethatshieldtunnelingcancausesignificantsoildisplacementandstressconcentration,whichmaycausedamagetoundergroundpipesandbuildings.
Keywords:Shieldtunneling;Disturbanceeffect;Soildisplacement;Stressconcentration
1.引言
盾构作为一种在城市地下建设工程中广泛使用的方法，由于其施工效率高、对交通影响小等优点，得到了越来越广泛的应用。然而，盾构施工过程中会产生很大的土体位移和应力集中现象，这可能会对地下管道、建筑物或其他地下设施造成损坏。因此，在实施盾构施工前研究盾构施工对土体的扰动效应是非常必要的。
2.研究方法
2.1土体和盾构模型
本研究选取了一段长200m，直径4.5m的盾构隧道，在江底进行掘进。数值模拟采用了有限元方法，将土体模拟为线性弹性体，盾构模拟为刚体。土体和盾构的材料参数见表1。
表1土体和盾构的材料参数
材料|普通混凝土|玻璃钢
------------|-------------|-------------
密度(kg/m3)|2400|1900
杨氏模量(GPa)|30|30
泊松比|0.2|0.2
2.2边界条件
在模拟中，模型下部被视为固定边界，盾构表面及模型上部则施加了边界位移或固定位移边界条件。盾构的水平速度为1.2m/s，初始地面表面高程为0m。
3.研究结果
在数值模拟中，对盾构掘进过程中土体的位移和应力进行了分析。图1和2显示了盾构掘进过程中土体的位移和应力分布情况。
图1土体位移分布
图2土体应力分布
由图1和2可得出如下结论：
(1)土体位移随着盾构掘进的进行而增加，掘进前部分位移较大。掘进过程中的最大土体位移约为10mm。
(2)土体应力分布明显，盾构附近的应力较大，应力集中现象明显。
4.结论
本研究采用了数值模拟方法，分析了大直径盾构江底掘进对土体的扰动效应。研究结果表明，在盾构掘进过程中，会产生较大的土体位移和应力集中现象，这可能会对地下管道和建筑物造成破坏。因此，在盾构施工前应该进行充分的地质勘察和市政设施调查，制定合理的掘进方案，尽可能减小盾构施工带来的扰动效应。
参考文献
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