盾构隧道施工引起地层变形预测方法综述

introduction

• 大帽子

• 地铁快速构筑

• 小帽子

• 地面塌陷事故

• 提出盾构

• 理论公式

  • 经验公式
  • 数值模型
    • 模型试验

• 

理论解析法

• 计算量需求小，用于初步评估

• 极坐标法

• 随机介质理论法

• 镜像理论法

• 

• 复变函数法

经验公式法

• 隧道横截面

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• 

• 隧道纵截面

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数值分析法

• 土体本构模型

• 复杂的本构模型模型参数越多，本身没有物理意义，主要用于仿真

• 简单本构模型较多应用于工程实际当中，需要进行反分析优化选取模型组合

• 具体情况需要有具体分析

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• 数值模拟方法

• 平面应变模型与三维模型

  • 二维选取典型截面进行分析

  • 

  • 三维在一些情况下适用

• 地层损失

  • 盾构机呈现锥型且缝隙远小于隧道直径

• 同步注浆

  • 单液浆

  • 双液浆

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• 管片衬砌

  • 管片为分块的方式，可进行精细化建模或者将其看为一个整体

• 数值模拟方法优化

  • 隧道在地下水下考虑土体弹塑性变形和孔隙水压力变化

  • 利用数值仿真在核心区进行精细化模拟，利用机器学习建立数据库获取核心区数值模型的边界条件

• 基于BIM的数值模拟

  • CIM对上部建筑进行了建模

  • 

• 模型试验法

• 缩尺模型试验1g

• 离心模型试验

conclusion

• 理论解析法依据土力学、弹性力学等理论对隧道开挖过程造成的地层应变场、应力场进行分析，计算结果准确，但是需要进行大量简化，限制了该方法的实际应用

• 经验公式法根据沉降槽曲线的形态寻找最适合的数学方程进行拟合，最常用的是PECKRB提出的高斯分布曲线，由最大地层沉降和沉降槽宽度系数两个参数控制，实测数据在拟合过程中必不可少，很难在设计阶段做出准确预测。

• 数值分析法根据模型和边界条件的复杂度，可以建立二维或三维模型分析，三维模型还可以对具体施工过程进行精细化模拟，较为精确地预 测地层变形，从而优化设计、降低工程成本。

• 模型试验能够还原土体真实的本构关系或应力状态，但成本较高，试验精度的控制要求也很高，很难应用于实际工程预测。