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将小曲率半径盾构隧道施工沉降与变形姿态作为分析目
标并优化管片计算模型，从而导出小转弯半径隧道施工应力
变形及沉降的计算方法，结合有限元分析与公式推导等方法，
将得到的结果与实践案例对比，对隧道管片在曲线施工进程
中的沉降规律与变形姿态进行模拟研究与分析，使研究成果
得到进一步验证。
1 有限元模拟计算
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1.1.1 计算三维网格模型
采用计算模拟软件 MIDAS，取原始应力 20%为应力释放，
对直线段建模分析。
1.1.2 物理力参数
计算参数 ：盾构机的长度为 8.0 m，管片的宽度为1.5 m，
厚度为30 cm，盾构尾部的空隙厚度为 7 cm，盾构刀盘的外径
大于盾构壳外径1 cm，盾构的外径为 6.34 m，开挖面的土体应
力释放量为∆ P= –20 kPa，盾尾注浆压力 Ps=500 kPa，取4种不
同的地质（200 MPa, 20 MPa, 10 MPa, 5 MPa）。
1.1.3 有限元模拟结果
地质条件对管片应力与变形的模拟结果分析。
（1）地层的承载力分布于 20~200 MPa时，管片的位移值
变动较慢，且分布于 1~3 mm，而地表的沉降比管片要明显， 0.7~
16 mm是其沉降数值范围，其变动的范围同样比管片要大 ；
地层的承载力在 20 MPa以下时，管片的位移数值分布于
2~12 mm，且地表的沉降数值分布于 16~22 mm。
（2）依据计算结果，地表的沉降数值最大为 21.653 mm，
盾构在淤泥质土层中施工时易出现，在千斤顶的推力作用于
盾尾区时易发生最大沉降。
（3）管片的位移与地表的沉降类似，均与地层的承载力
成反比，但土体的最大主应力与地层的承载力为正比关系。
1.2 {r
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建立盾构隧道曲线段施工应力变形的三维网格模型，取 2
组模型。
（1）分别取4组推力： 80 000 kN, 50 000 kN, 30 000 kN,
14 000 kN。
（2）分别取 4组地质：淤泥质土（ 5 MPa）、软弱土
（10 MPa）、粉质粘土（ 20 MPa）、软岩（200 MPa）。每组模型
中同时取不同的半径并与直线段对比，得出曲率半径与变形
姿态的关系。
1.3 × ÑVEs{r
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3种不同曲率半径的盾构隧道曲线段分别在 4种大小不同
的推力（ 80 000 kN, 50 000 kN, 30 000 kN, 14 000 kN）的作用下
施工应力变形姿态的有限元模拟结果。
（1）当千斤顶的推力为 30 000 kN、曲率半径为150 m时，
曲线段盾构隧道的地表沉降最大达到 13.505 mm。
（2）当千斤顶的推力不变的情况下，地表沉降与曲线半
径始终成反比，同时，地表的沉降与推力之间的关系不明显。
（3）当千斤顶的推力大于40 000 kN时，管片竖向位移与
曲率半径成反比且管片的竖向位移会跟着推力的增大而稍微
增大，且增幅明显没有侧向位移的增幅明显。
（4）当千斤顶的推力为 14 000~30 000 kN时，地表的沉降
值将会稍微变大，但是推力继续增大时，地表的沉降值将会
随着变小。
1.4 {r
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盾构隧道曲线段在3种不同曲率半径及对应的 4种地质。
淤泥质土（ 5 MPa）、软弱土（ 10 MPa）、粉质粘土（ 20 MPa）、
软岩（200 MPa）作用下的模拟分析。
［摘 要］ ??个E ??{r
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［中图分类号］ TU 19 b b b b b ［文献标志码］ A b b b b b ［文章编号］ 1001–52
小转弯半径盾构隧道施工应力变形姿态及沉降分析（论文）.pdf
