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盾构施工对临近地层影响的近场动力学分析

汇报人：

2024-01-19

引言

盾构施工基本原理与特点

近场动力学理论与方法

盾构施工对临近地层影响数值模拟

现场监测数据与数值模拟结果对比分析

结论与展望

contents

目

录

01

引言

传统的数值模拟方法难以准确模拟盾构施工过程中的非线性、非均质、非连续等问题，而近场动力学作为一种新兴的分析方法，在处理这些问题时具有独特的优势。

近场动力学分析优势

随着城市化进程加速，地铁作为缓解交通压力的重要手段，盾构施工是地铁建设中的关键技术之一。

城市地铁建设需求

盾构施工不可避免地会对临近地层造成扰动，进而影响周边建筑和地下管线等的安全，因此需要研究盾构施工对地层的影响机制及规律。

地层扰动与环境保护

目前国内外学者已经对盾构施工引起的地层变形、应力变化、渗流等问题进行了大量研究，取得了一系列重要成果。

国内外研究现状

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来盾构施工对地层影响的研究将更加注重精细化、高效化和智能化。同时，近场动力学等新兴分析方法将在盾构施工领域发挥越来越重要的作用。

发展趋势

本研究旨在利用近场动力学方法，分析盾构施工过程中对临近地层的扰动规律，揭示盾构施工对地层的影响机制，为地铁建设和环境保护提供科学依据。

研究内容

首先建立盾构施工和地层的精细化数值模型，然后利用近场动力学方法进行模拟分析，最后通过实验结果验证模拟结果的准确性和可靠性。同时，结合理论分析、数值模拟和实验验证等多种手段，对盾构施工对地层的影响进行深入研究。

研究方法

02

盾构施工基本原理与特点

盾构机基本构造

由刀盘、盾体、推进系统、管片拼装机等主要部分组成，具备开挖、支护、推进和拼装等功能。

工作原理

利用盾构机的刀盘对地层进行切削，同时在切削过程中通过盾体对开挖面进行支护，防止地层坍塌。推进系统推动盾构机前进，管片拼装机则将预制的管片拼装成隧道衬砌。

施工准备、盾构机始发、正常掘进、盾构机接收等阶段。

施工流程

包括地质勘察与预测技术、盾构机选型与配置技术、刀盘与刀具设计技术、同步注浆与二次注浆技术等。

关键技术

03

孔隙水压力变化

盾构施工可能引起地层中孔隙水压力的变化，进一步影响地层的稳定性和变形。

01

地层变形

盾构施工会引起地层损失，导致地层变形，包括地面沉降、隆起等。

02

土体扰动

盾构施工对周围土体产生扰动，改变土体的应力状态和物理性质。

03

近场动力学理论与方法

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近场动力学认为物质点间存在相互作用，这种作用可以传递力和能量，从而影响物质的宏观行为。

物质点间的相互作用

近场范围指的是物质点间相互作用能够直接传递的区域，而远场范围则需要通过波动等方式传递相互作用。

近场范围与远场范围

近场动力学强调非局部作用特性，即一个物质点的状态变化不仅与其邻近物质点有关，还与较远距离的物质点有关。

非局部作用特性

边坡稳定性分析

近场动力学可用于分析边坡在地震、降雨等外部因素作用下的稳定性，预测可能的滑坡等灾害。

地下工程开挖与支护设计

结合近场动力学方法，可以对地下工程开挖过程中的围岩稳定性进行评估，为支护设计提供指导。

岩土体破裂与损伤分析

利用近场动力学可以模拟岩土体在复杂应力条件下的破裂与损伤过程，为工程安全评估提供依据。

04

盾构施工对临近地层影响数值模拟

基于近场动力学理论，建立盾构机与周围地层的相互作用模型，包括盾构机结构、刀盘、推进系统、土体等部分的详细建模。

模型建立

根据实际地质勘察资料，设置土体的物理力学参数（如密度、弹性模量、泊松比、内摩擦角等），以及盾构机的结构参数（如直径、长度、推进力等）。

参数设置

设定模型的边界条件，如固定边界、自由边界等，并给定初始地应力场和地下水位等初始条件。

边界条件与初始条件

均匀地质条件

01

在均匀地质条件下，模拟盾构机掘进过程中的土压平衡、刀盘扭矩、推进速度等参数的变化规律，分析其对周围地层的影响。

分层地质条件

02

针对具有明显分层的地质条件，分别模拟盾构机在不同土层中的掘进过程，探讨各土层对盾构施工的影响及其相互作用机制。

不良地质条件

03

针对存在软弱夹层、断层破碎带等不良地质条件，模拟盾构机穿越这些区域的施工过程，分析可能出现的风险和问题，提出相应的应对措施。

通过数值模拟结果，分析盾构施工过程中临近地层的变形情况，包括地表沉降、土体水平位移等，探讨其变形规律和影响因素。

应力分布

研究盾构施工过程中周围土体的应力分布情况，包括垂直应力、水平应力等的变化规律，分析其对地层稳定性的影响。

变形与应力关系

综合分析地层变形与应力分布之间的关系，揭示盾构施工对临近地层影响的内在机制，为优化施工方案和减小对周围环境的影响提供理论依据。

地层变形

05

现场监测数据与数值模拟结果对比分析

在盾构隧