midasgts簡(jiǎn)單例題

1、有限元分析在隧道施工中的應(yīng)用姓名： 學(xué)號(hào)：手機(jī)：郵箱： 摘要 TBM全斷面施工是現(xiàn)階段特別是地鐵隧道施工的重要方式之一，其速度快，成型好，支護(hù)及時(shí)，得到廣泛的應(yīng)用。隧道的開(kāi)挖方式和支護(hù)永遠(yuǎn)是隧道施工的重點(diǎn)話題。隧道類(lèi)型分為很多，大體上可以分為山嶺隧道，淺埋隧道以及水下隧道。在條件允許時(shí)，TBM都可以用作以上隧道的主要施工方式。而在城市隧道施工過(guò)程中，由于一般城市隧道埋藏較淺，而且上層多有建筑物覆蓋，所以施工要求較高，一般選取TBM活著淺埋暗挖法進(jìn)行施工。而由于淺埋暗挖法施工工期長(zhǎng)，施工難度大，故TBM施工稱為首選。MIDAS gts是專門(mén)針對(duì)巖土問(wèn)題，主要是基坑，隧道，邊坡和滲流，都能進(jìn)行有效

2、分析計(jì)算的商業(yè)有限元軟件。在此選取某市政工程的地鐵隧道施工，利用MIDAS GTS進(jìn)行施工階段模擬。 關(guān)鍵詞：TBM，midas gts,隧道 盾構(gòu)法施工簡(jiǎn)介T(mén)BM（Tunnel Boring Machine）-全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，掘進(jìn)、支護(hù)、出渣等施工工序并行連續(xù)作業(yè)，是機(jī)、電、液、光、氣等系統(tǒng)集成的工廠化流水線隧道施工裝備，具有掘進(jìn)速度快、利于環(huán)保、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鉆爆法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜地理地貌深埋長(zhǎng)隧洞的施工，在中國(guó)水利、水電、交通、礦山、市政等隧道工程中應(yīng)用正在迅猛增長(zhǎng)。軟巖TBM適用于軟弱性圍巖施工的隧道掘進(jìn)機(jī)，是目前城市地鐵建設(shè)中速度快、質(zhì)量好、安全性能高的先進(jìn)技術(shù)。采用盾

3、構(gòu)機(jī)施工的區(qū)間隧道，可以做到對(duì)土體弱擾動(dòng)，不影響地面建筑物和交通，減少地上、地下的大量拆遷。這兩種設(shè)備的技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，在我國(guó)地下工程領(lǐng)域具有十分廣闊的前景。TBM施工的優(yōu)點(diǎn)：（1）快速。TBM是一種集機(jī)、電、液壓、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)，能同時(shí)完成破巖、出碴 、支護(hù)等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了工廠化施工，掘進(jìn)速度較快，效率較高。（2）優(yōu)質(zhì)。TBM采用滾刀進(jìn)行破巖，避免了爆破作業(yè)，成洞周?chē)鷰r層不會(huì)受爆破震動(dòng)而破壞，洞壁完整光滑，超挖量少。（3）高效。TBM施工速度快，縮短了工期，較大地提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；同時(shí)由于超挖量小，節(jié)省了大量襯砌費(fèi)用。TBM施工用人少，降低了勞

4、動(dòng)強(qiáng)度、降低了材料消耗。（4）安全。用TBM施工，改善了作業(yè)人員的洞內(nèi)勞動(dòng)條件，減輕了體力勞動(dòng)量，避免了爆破施工可能造成的人員傷亡，事故大大減少。（5）環(huán)保。TBM施工不用炸藥爆破，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染??；減少了長(zhǎng)大隧道的輔助導(dǎo)坑數(shù)量，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境； 如果使用雙護(hù)盾TBM還可以減少隧道內(nèi)水的流失，有利于環(huán)境保護(hù)和減少水土流失。（6）自動(dòng)化、信息化程度高。TBM采用了計(jì)算機(jī)控制、傳感器、激光導(dǎo)向、測(cè)量、超前地質(zhì)探測(cè)、通訊技術(shù)，是集機(jī)、光、電、氣、液、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，具有自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。TBM具有施工數(shù)據(jù)采集功能、TBM姿態(tài)管理功能、施工數(shù)據(jù)管理功能以及施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳功

5、能，可實(shí)現(xiàn)信息化施工。TBM隧道開(kāi)挖有限元分析研究目的熟悉有限元建模，求解，分析結(jié)果能力能夠利用GTS進(jìn)行有限元分析加深對(duì)網(wǎng)格劃分的理解，熟悉施工過(guò)程建模過(guò)程參考實(shí)際工程，在CAD上做出二維圖形 圖2-1TBM的開(kāi)挖方式一般針對(duì)隧道位置較深，巖體強(qiáng)度較好的圍巖。一般規(guī)定隧道的埋深要大于等于隧道的直徑。此處的模型為穿土層隧道，埋深略低。前后為自由面，無(wú)約束。導(dǎo)入MIDAS GTS圖2-2導(dǎo)入過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)行交叉分割曲線。生成實(shí)體 圖3-1由于前后為自由約束，沒(méi)有土層的位移和壓力約束，所以建模時(shí)候經(jīng)二維拓展成三維實(shí)體時(shí)候，盡量要按照實(shí)際工程的操作，這樣進(jìn)行荷載設(shè)定的時(shí)候，才更加真實(shí)和精確。生成實(shí)體

6、后，接著進(jìn)行隧道實(shí)體嵌入及隧道實(shí)體分割。因?yàn)門(mén)BM的工作原理是分段施工，故施工建模時(shí)候，把隧道分割成6段，方便進(jìn)行施工過(guò)程模擬。分割隧道實(shí)體，同時(shí)分割相鄰圍巖，因?yàn)槭┕み^(guò)程會(huì)對(duì)相鄰巖體有擾動(dòng)影響。進(jìn)行材料屬性定義在屬性定義中，隧道實(shí)體和土實(shí)體都定義為實(shí)體。由于是淺層土體開(kāi)挖且土層質(zhì)量較好，故直接應(yīng)用初支支護(hù)，而不再定義錨桿。圖3-2網(wǎng)格劃分對(duì)于隧道而言，整體隧道屬于受力比較復(fù)雜的實(shí)體，所以增大網(wǎng)格密度，采取自由網(wǎng)格劃分。圖3-3而對(duì)于土體，由于在其中間開(kāi)挖隧道，故對(duì)土體上層和下層的土體擾動(dòng)較大，故在劃分網(wǎng)格前應(yīng)該先進(jìn)行網(wǎng)格尺寸控制，隧道正上方和正下方的線網(wǎng)格應(yīng)該密集播種，這樣才能在進(jìn)行有限元計(jì)

7、算中結(jié)果比較精確。 圖3-4生成面網(wǎng)格在施工中，經(jīng)過(guò)TBM的開(kāi)挖后，需要進(jìn)行支護(hù)，也就是初支。初支的網(wǎng)格單元是由實(shí)體析取而成，其網(wǎng)格密度基本和隧道網(wǎng)格密度相同。圖3-5上文中已經(jīng)說(shuō)過(guò)，由于開(kāi)挖方式以及土體自身原因，僅僅進(jìn)行初支就可以，不再進(jìn)行錨桿支護(hù)，故初支即為全部的支護(hù)形式。而隧道的施工過(guò)程即為邊開(kāi)挖邊支護(hù)，開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)的開(kāi)挖方式。施加荷載以及位移約束對(duì)于隧道而言，荷載分為兩部分。第一部分為土體和隧道的自身重力，第二部分為地面條件所施加的超載。 而位移約束，由于土體的自然性質(zhì)，在隧道左右方向以及下方都有其他土體對(duì)本模塊的位移約束。但是由于前后是出入口，故前后土體沒(méi)有位移約束，故不對(duì)其進(jìn)行位

8、移約束的施加。圖3-6定義施工階段，分析施工階段的定義分為兩部分。第一部分是地應(yīng)力的計(jì)算，即在未開(kāi)挖之前，計(jì)算整個(gè)土層的地應(yīng)力，由土體自重決定。第二部分是開(kāi)挖時(shí)候應(yīng)力分析，是由于開(kāi)挖時(shí)候土體受擾動(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力重分布。結(jié)果分析1，初始階段 圖4-1自重應(yīng)力，又稱為常駐應(yīng)力，指的是在未修建筑物之前，土體本身重量引起的應(yīng)力。初始階段，隧道還沒(méi)有開(kāi)挖，整個(gè)土體未受擾動(dòng)，土的壓縮性較大，為多孔介質(zhì)，彈性材料，本身具有壓縮性所以在自重的作用下，整個(gè)應(yīng)力的分布呈現(xiàn)分層分布。2，開(kāi)挖階段圖4-2圖示所示為第一階段的全斷面開(kāi)挖的三維應(yīng)力變形圖。在盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖后，由于隧道部分土體缺失，造成周?chē)馏w擾動(dòng)，則發(fā)生應(yīng)力重分

9、布，故上層土質(zhì)下沉，而下層土質(zhì)由于開(kāi)挖原因，地應(yīng)力得到釋放，應(yīng)力表現(xiàn)如上圖。圖4-3上圖為隧道開(kāi)挖的第二階段。第一階段土體已經(jīng)被開(kāi)挖而走，故立即進(jìn)行初支支護(hù)，在支護(hù)后，圍巖圈應(yīng)力重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，整個(gè)土體的應(yīng)力重分布完成。在支護(hù)的同時(shí)，進(jìn)行二階段隧道的開(kāi)挖，所以在二階段隧道的上下方位，土體又受到擾動(dòng)作用，整個(gè)應(yīng)力穩(wěn)定狀態(tài)被重新打破，應(yīng)力發(fā)生改變。而在進(jìn)行二階段支護(hù)后，土體的應(yīng)力會(huì)重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)論和自我總結(jié)TBM全斷面開(kāi)挖方式是現(xiàn)代隧道特別是地鐵隧道的重要開(kāi)挖方式之一，其效率高，速度快，支護(hù)及時(shí)，對(duì)上方建筑以及土體擾動(dòng)較小。從上文的三維應(yīng)力圖可以看出，其開(kāi)挖特別是開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)后，圍巖

10、應(yīng)力變化緩和。這就說(shuō)明，隧道的穩(wěn)定性總體而言取決于三個(gè)方面，第一，土體自身的性質(zhì)。一般而言，硬巖的開(kāi)挖穩(wěn)定性要優(yōu)于軟巖，其支護(hù)也更加方便；第二，隧道的開(kāi)挖方式，很顯然TBM全斷面開(kāi)挖對(duì)巖體的擾動(dòng)要優(yōu)于礦山法施工，多斷面開(kāi)挖方式比如眼睛法對(duì)上層土體的擾動(dòng)一般要小于一次性全斷面爆破；第三，支護(hù)的及時(shí)性，隨著現(xiàn)代支護(hù)手段特別是新奧法的普遍應(yīng)用，使得邊開(kāi)挖邊支護(hù)的理念得以深入推廣。及時(shí)支護(hù)可以使得圍巖得到及時(shí)穩(wěn)固，在開(kāi)挖面附近及時(shí)施作密貼于圍巖的薄層柔性噴射混凝土和錨桿支護(hù)，以便控制圍巖的變形和應(yīng)力釋放，從而在支護(hù)和圍巖的共同變形過(guò)程中，調(diào)整圍巖應(yīng)力重分布而達(dá)到新的平衡，以求最大限度地保持圍巖的固有強(qiáng)度和利用其自承能力。參考文獻(xiàn)1李曉紅,隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)M,科學(xué)出版社,2002.2李世輝.隧道圍巖穩(wěn)定性分析與科學(xué)方法論問(wèn)題J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1998,7.3朱伯芳,有限單元法原理和應(yīng)用M,北京:中國(guó)水利水電出版社,1998.4許傳華,任青文.地下工程圍巖穩(wěn)定性的模糊綜合評(píng)判法J.巖石力學(xué)與土程學(xué)報(bào),2004.23(11).5王占生,王夢(mèng)恕.盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)ㄖ锏陌踩绊懠疤幚泶胧㎎.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2002,12,(2):45-506施成華,彭認(rèn)敏,胡自林.隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物影響的隨機(jī)介質(zhì)分析方法J.湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),200