摘  要： 随着城市经济的发展，地铁等地下工程的施工越来越多，盾构施工使周边建筑物及管线的基础应力得到释放，或由于附加应力的影响引起地基下沉或隆起，这种变形对地面建筑物影响程度与有效间距、施工范围与建筑物间的土质情况等有关。

关键词： 地下工程；地基沉降；盾构施工

 

      1.1 ANSYS简介ANSYS是目前广泛应用于机械工程领域的数值分析软件，通过在计算机上模拟现场的各种条件，通过节点间的连接模拟构件的实际受力情况，通过加载受力，在计算机上提前预测各种不利效应，从而判断该结构是否满足安全、使用要求。

      1.2 ANSYS 软件主要功能 ANSYS 软件能模拟大部分物理力学作用，可广泛的用于地下工程、航空航天、机械摩擦和制造、物理碰撞、桥梁施工、温度效应、大型水利工程、等诸多专业学科。能对结构进行自适应单元划分，从而进行非线性分析，通过对参数的调整，确定各影响因素的敏感性，对各种设计方案进行优化，从而在实际应用中，通过各种物理化为作用，对敏感度高的影响因素重点改进，对耗费经济少，功效较高的影响因素重点优化，确定最优设计方案。

      在盾构施工中，由于土层的受力比较复杂，根据经验难以断定地层的损失量，采用过于保守的设计会加大工程造价，通过 ANSYS 模拟盾构隧道施工全过程，可以有效的控制工程造价，保证地下工程施工安全。

      采用四结点单元划分网格如图2所示：

      首先我们研究盾构开挖时所产生的沉降变形，由于衬砌单元具有很强的刚度，开挖过程中并没有衬砌单元的存在，于是先采取单元生死技能杀死衬砌单元便可以得到，要激活“单元死”的效果，ANSYS程序并不是将“杀死”的单元从模型中删除，而是将其刚度矩阵乘以一个很小的因子[ESTIF]。从而不对载荷向量生效。

      从云图4 可以看出，地表沉降在隧道盾构正上方处沉降量最大，离正上方水平距离越远，沉降越来越小，成正态分布，下面采用peck理论公式计算进行对比。

      Peck 公式为：S_x＝S_maxexp（-x²（/2i²））

      式中：S_x———x 处的沉降量。

               x———离中线的水平距离；

               S_max———中心处的最大沉降值；

               i———宽度系数。

      最大沉降量采用下式估算：

      S_max=V_s/（sqr（t2∏）i）

      V_s———盾构引起的地层损失；

       i———沉降槽的宽度系数。

      计算结果显示，沉降呈正态分布，根据数据作图如 5所示。

      由云图 6 可以看出，在盾构周围有较大的应力，为了保证盾构隧道的强度，及时给盾构后的四周支护衬砌。激活衬砌单元，使衬砌的刚度发生作用，目前的地铁施工中，采用拼装管片的方法使圆形管片形成封闭的衬砌环，可以得到后续第二步变形如图 7 所示。

      从云图 7 可以看出，衬砌的激活对沉降并没有什么影响，衬砌的目的是用了加强隧道壁的刚度的。

      按一层楼 1.8KN/m²的恒重加载，分别在隧道上方加 5层楼和 3 层楼的荷载，每层楼按 100m²折算。

      由图 9 可以看书，加载后，地面沉降有所加强，地铁通常在城市施工，建筑物较为密集，周边建筑物产生的荷载要大的多，为了减小盾构隧道对地面沉降的影响，减小地面建（构）筑物及地下管线受到的破坏，我们对土体进行加固处理，使土层的承载力增大，粘聚力变大，抗剪切强度得到提高，摩擦角增大，实际施工中有采用高压旋喷桩、水泥搅拌桩、高压注浆等方法。

      根据图 10、11 对比未加固土层的云图可以看到，土层经过加固后，变形有了改善，只是在隧道正上方可以看到比较明显的变形，符合 peck 公式的理论分析结果。

[1]朱伟（译）.隧道标准规范（盾构篇）及解说.北京：中国建筑工业出版社2004.1 96～172.

[2]覃仁辉，隧道工程.重庆：重次大学出版社.2001,1～6.

[3]沈培良，张海波，殷宗泽．上海地区地铁隧道盾构施工地面沉降分析[J]．河海大学学报（自然科学版），2003，31.556～559.

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