隧道开挖模拟-3

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盾构的掘进有两种方式，一是利用生死单元，即先将掘进方向的开挖土体单元移除，随后在相应位置激活盾构机单元，赋予盾构机材料。另一种方法基于大变形，精细化模拟盾构机的前进。前者较为简单实用，应用较多。

 

本系列首先介绍第一种做法，算例的几何形状和参数参考Lambrughi A, Rodríguez L M, Castellanza R. Development andvalidation of a 3D numerical model for TBM–EPB mechanised excavations[J].Computers and Geotechnics, 2012, 40: 97-113.

 

主要施工过程：

（1）      初始假设盾构机处于地基之中，建立初始应力场。

（2）      移除盾构前土体，每次开挖长度1.5m。单元移除后在开挖面施加压力215kPa。

（3）      盾构向前移动1.5m，在盾构前激活盾构机单元，盾构尾移除相应长度单元。同时激活盾尾灌浆层单元和衬砌单元。

（4）      依次向前开挖

 

关注点：

（1）          为了模拟盾构的掘进，需要在重复的位置建立几套共节点的单元，可利用以下语句实现，详见inp文件：

*ELCOPY, OLD SET=r1, NEWSET=sr1,SHIFT NODES=0, ELEMENT SHIFT=20000；该语句将在r1单元处重叠一套单元，节点不变，单元号+20000。

（2）          本例中没有考虑灌浆压力，可以在灌浆层单元外表面施加灌浆压力，方法类似于开挖面上施加压力的做法。

（3）          本例中没有考虑灌浆层材料的硬化，可按需要在灌浆后一定时间后（也可通过盾构掘进长度控制）进行设置。

来源： 费康