真實復(fù)雜地層大直徑鋼頂管三維數(shù)值模擬研究

ENPD3400泥水平衡頂管機頂進，頂DN3400×32mm3.4m0.032m3.46m。選擇的FLAC3DFLAC3D6.0具備強大的運算能力和較好的ABAQUS來建立復(fù)雜地層的三維數(shù)值模型。首先根據(jù)實際工程地質(zhì)勘測確定的ABAQUS中將模型剖分為四面體四節(jié)點網(wǎng)格單FLAC3D6.0，然后進行邊界條件設(shè)置、物理力學(xué)參數(shù)賦值及地FLAC3D6.0進行頂管頂進施6m6m60m106m。相應(yīng)地，數(shù)值模型在橫向模60m8倍的頂管直徑，可以認為模型兩側(cè)邊界條件對模擬結(jié)12m20m5倍，底部邊界的影響可忽略不2.2m~11.4m3.2m~16.8mm~10.1m7.4m~10.0m（部分）；7.0m8.0m9.1m7.9m（部分）1(a)1(b)所示。兩模0.03m696633117133648311109305(a)真實復(fù)雜地層模 (b)簡化地層模1Mohr-Coulomb準則。具體物理力學(xué)參數(shù)取值177kN/m3200GPa0.3。注漿層的作用，主要是防止管周地層因為管土之間空1全風(fēng)化粉砂 6m11個監(jiān)測斷面，相應(yīng)2m。不考慮頂管施工過程中的管-1次循環(huán)，然后得到注漿層最外層的節(jié)點0的系數(shù)，并作用于對應(yīng)的節(jié)點上，以模擬注漿壓力對管周土體的作用[18]。該系數(shù)最理想的取值為1，取1時表示注漿壓力正好平衡了該處的數(shù)取0.85shell彈性結(jié)構(gòu)單元以模擬頂管，同0.12MPa的均布荷載來模擬泥艙壓力。6m2所示。簡化

2454m3中可見，兩種模Peck得出的沉降變化規(guī)律一致[19]8可知，真實復(fù)雜地層模型中4監(jiān)測斷面<6監(jiān)測斷面<8監(jiān)測斷面。對于真實復(fù)雜地層4監(jiān)測斷面<6監(jiān)測斷面<80.3mm的區(qū)域視為無影響區(qū)域，則兩種模型的地表橫向受影響范圍約為18~18m即5.35.3D(D為頂管直徑)(a)真實復(fù)雜地層模 (b)簡化地層模354m4所示為工程頂管施工現(xiàn)場地表沉降實測結(jié)果與數(shù)值模擬對應(yīng)地表沉降結(jié)果的比較。從圖43監(jiān)測斷面處，數(shù)值模擬結(jié)果均大于現(xiàn)場實測結(jié)果，其中真實復(fù)雜地層模型的模擬(a)第3監(jiān)測斷 (b)第7監(jiān)測斷45所示為真實復(fù)雜地層模型中頂管機刀盤（開挖掌子面）降曲線，圖中以頂進方向為前方，L6m表示頂管機刀盤（開挖掌子面）6m（已通過監(jiān)測斷面）；L=6m表示頂管機刀盤（開挖掌子面）6m（尚未通過監(jiān)測斷面）5L6mL=6m段頂進時，對于監(jiān)測斷面地表沉降的影L6mL6m4監(jiān)測斷面6m時，4監(jiān)測斷面頂管軸線處地表豎向位移量約為0.5mm46m4監(jiān)測斷面頂管軸線處地表豎向位移量約為3.0mmL=6mL=m的過程中產(chǎn)生的頂管軸線處地表沉降量增量為2.5 mm，約占施工全過程中第4監(jiān)測斷面軸線處最終沉降值的66.7%。從圖5(b)中可見，當頂管機刀盤距第8監(jiān)測斷面6m時，第8監(jiān)測斷面頂管軸線處地表豎向位移量約為1.0mm；當?shù)侗P通過第8監(jiān)測斷面且距離為6m時，第8監(jiān)測斷面頂管軸線處地表豎向位移量約為7.0mm。頂管機機頭從L=6m頂進到L=6m的過程中產(chǎn)生的頂管軸線處地表沉降量增量為6mm，約占施工全過程中第8監(jiān)測斷面軸線處最終沉降值的75%。此外，由圖5還可看出，頂管機機頭穿越第8監(jiān)測斷面產(chǎn)生的沉降量增量及其占總沉降量的比例均大于機頭穿越第4監(jiān)測斷面時的相應(yīng)值，說明頂管穿越上覆軟弱土體越厚的區(qū)段（參見圖8），頂管施工過程中的地表沉降反應(yīng)越劇烈。另外，從圖5中可知，在數(shù)值模擬過程中地表都沒有產(chǎn)生明顯(a)第4監(jiān)測斷 (b)第8監(jiān)測斷5648m時，過頂管軸線的垂直截面Z方向（垂直方向）6可見，由于土體開挖卸載、地層損失等因素造成頂管上方土(a)真實復(fù)雜地層模 (b)簡化地層模648mZ754mZ7中1可知，土層的強度大小和變形模量大小排序均為：素填土<粉質(zhì)粘土<<7(a)8(a)可知，真實復(fù)雜地層模型中土體沉降和抬升變形大小與地層(a)真實復(fù)雜地層模 (b)簡化地層模754mZ(a)真實復(fù)雜地層模 (b)簡化地層模8如圖9和圖10所示為兩種模型中頂進54 m時各典型監(jiān)測斷面的X方向（水平方向）位移云圖。從圖9和圖10中可見，由于開挖卸荷，導(dǎo)致頂管兩側(cè)的土體均向頂管中心移動，且頂管上覆土體沿X方向的位移量明顯大于頂管下部土體，整個位移云圖呈“蝴蝶狀”。簡化模型中，三個典型監(jiān)測斷面的X方向位移云圖基本相同，而真實復(fù)雜地層模型中，頂管下部土體的X方向位移排4監(jiān)測斷面>6監(jiān)測斷面>811可知，頂管下部軟弱土X4監(jiān)測斷6X8監(jiān)測斷面的①區(qū)和②區(qū)X114681