宋臻++周森锋++卢森

[摘 要]运用有限元数值模拟软件Midas GTS，采用弹性模型和土的莫尔-库仑本构模型，对赣州市下穿隧道进行了模拟计算。结果分析可得，其各项数值均在合理可控制范围内，安全可靠。

[关键词]隧道开挖；地表沉降；本构模型；有限元数值模拟

中图分类号：U292 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0181-01

引言

随着城市化的不断发展和我国各大城市地下空间开发的不断推进，城市下穿隧道的运用越来越广泛。隧道分析的目的在于预先判断隧道施工时围岩的变形，以及考察支护的稳定性及对周边建筑物的影响。在三维分析情况下，主要考虑隧道开挖引起的三维地层变形。本文运用有限元分析软件Midas GTS，对赣州市下穿隧道施工阶段进行了有限元模拟，得出的结论为保障隧道的安全施工提供了参考和依据。

2 工程概况

赣州市下穿隧道位于赣州市中心地段南门口，线路全长1430米，其中隧道910米。由赣州市投资1.65亿建设，建设周期约1年。隧道掘进方式采用暗挖法。岩土层分布从地表向下依次为人工填土层、风化土层、风化岩层、软岩层。其物理力学参数如下表1所示。

3 模型的建立

基于地质勘查资料及相关工程资料，采用弹性模型和土的摩尔—库伦本构模型，在有限元软件Midas GTS中建立三维有限元仿真模型。模型宽度取90m，长度取20m，地表以下60m为研究范围，每开挖2m为一个施工控制阶段。地表为自由边界；模型左右侧施加水平方向的边界约束条件；底部采用固定边界，限制其竖向位移。在只考虑重力作用的条件下，模型的网格划分如图1所示。

4 模型计算结果的分析

4.1地表横向沉降

从模型分析得出的结果可知，如图3、图4所示，隧道开挖后拱顶部位的沉降较大约为3.92mm，底板隆起最大值约为4.36mm，地表沉降最大值约为4.82mm。现场实测数据拱顶部位沉降3.53mm，底板隆起最大值为4.86mm，地表沉降最大值为5.21mm。通过三维有限元模型分析和现场实测数据的比较，模型的建立是基本符合实际工程情况的。工程整体沉降在安全范围内，未超过理论控制值。在水平方向隧道底部位移大于上部位移，其最大位移为1.32mm，符合工程实际中的变化规律。

4.2支护锚杆体系应力分布

通过所建立的三维模型计算结果可知支护锚杆体系受力均匀，底板部分承受的压力更大，其最大值约为420KN，随着隧道开挖的进行，土体中的应力逐步释放，支护体系的应力呈逐渐变大趋势。如图5、图6所示。

5 结论

（1）三维有限元数值模拟较好的模拟出了工程中的实际状况，为解决实际施工问题给出了可行性较高的方案。

（2）现场监测数据与有限元数值模拟结果有一定差距，分析原因为模型的建立过程中有理想的简化。

（3）本文的计算模型未考虑土体的耦合、渗流和地下水对沉降的影响，今后的研究中应对其充分重视。

参考文献

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作者简介格式：宋臻（1990年9月），男，汉族，山西省大同市，硕士，江西理工大学，桥梁与隧道工程。

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