摘 要

随着时代的快速发展，人民的生活节奏越来越快，因为交通压力的增大，地面上的交通工具已经不能满足大众的需求，越来越多的地下隧道出现在人们的视野中，其中盾构隧道施工是最常使用的方法之一。地下管线是城市发展的重要组成部分。在盾构隧道施工期间，地下管道可能受到影响，导致一系列事故。就目前的情况而言，由于地下工程施工，造成的地下管线破损事件日益频繁，这不但会造成经济上的损失，对人们的安全也有极大的隐患。

为了减少地下工程施工对地下管线的破坏，越来越多的学者研究了不同施工方法对地下管线的影响。地下管线破损的主要原因是盾构隧道在推进的过程中造成土体沉降，引起地下管线附加应力变化。本文的主要研究内容是盾构隧道对地下管线的影响，主要的研究方法是改变地下管线直径、埋深、材料以及位置来分析地表沉降、管线位移和管线轴力的变化规律。

（1）在其它条件相同的情况下，地下管线的直径越大，地表的沉降越小。管径为1.4m时地表沉降量比直径为1m时的地表沉降量小4%，管径为1.8m时地表沉降量比直径为1.4m时的地表沉降量小5%。

（2）在其它条件相同的情况下，地下管线的埋深越深，地表的沉降越大。管线埋深为11m时地表沉降量比管线埋深为8m时地表沉降量大2%，管线埋深为22m时地表沉降量比管线埋深为11m时的地表沉降量大4%。

关键词：地下管线；盾构隧道；数值模拟；有限元分析

Analysis of the influence of shield tunnel construction on underground pipeline

ABSTRACT

With the rapid development of The Times, the pace of people's life is getting faster and faster. Due to the increasing traffic pressure, vehicles on the ground can no longer meet the needs of the public. More and more underground tunnels appear in people's vision, among which shield tunnel construction is one of the most commonly used methods. Underground pipeline is an important part of urban development. During shield tunnel construction, underground pipelines may be affected, leading to a series of accidents. As for the current situation, as a result of underground engineering construction, the underground pipeline damage events become more and more frequent, which will not only cause economic losses, but also a great hidden danger to people's safety.

In order to reduce the damage of underground pipelines caused by underground engineering construction, more and more scholars have studied the influence of different construction methods on underground pipelines. The main reason for the damage of underground pipeline is the settlement of soil caused by the shield tunnel, which causes the additional stress change of underground pipeline. The main research content of this paper is the influence of shield tunnel on underground pipelines. The main research method is to change the diameter, depth, material and location of underground pipelines, and analyze the variation rules of surface settlement, pipeline displacement, lining displacement, pipe axial force and lining axial force.

(1) When the pipe diameter is 1.4m, the surface settlement is 4% smaller than the underground pipeline with a diameter of 1m. When the pipe diameter is 1.8m, the surface settlement is less than 5% when the underground pipeline diameter is 1.4m.

(2) When the buried depth of the pipeline is 11m, the surface settlement is 2% larger than the pipeline depth of 8m. When the pipeline depth is 22m, the surface settlement is 4% larger than the ground settlement when the pipeline depth is 11m.

Key words: underground pipeline; Shield tunnel; The numerical simulation; Finite element analysis

目 录

前言 1

1 绪 论 2

1.1 研究的背景和意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 模型试验法 4

1.2.2 解析解法 5

1.2.3 经验公式法 7

1.2.4 数值模拟法 7

1.3 存在的不足 9

2 数值模型构建与分析方法 10

2.1 一般设置 10

2.2 建立隧道 10

2.3 土层赋值 10

2.4 衬砌赋值 10

2.5 边界条件 10

2.6 生成网格 11

2.7 计算 11

3 工程实例中隧道的数值分析 13

3.1 工程概况 13

3.2 工程地质条件 13

3.3 建立模型 15

3.4 影响因素分析 19

3.4.1 管线直径的影响 19

3.4.2 管线埋深的影响 27

3.4.3 管线材料的影响 35

3.4.4 管线位置的影响 42

3.5 本章小结 49

4 总 结 51

致谢 52

参考文献 53

前 言

地下管线是城市发展的重要组成部分。在盾构隧道施工期间，地下管道可能受到影响，导致一系列事故。就目前的情况而言，由于地下工程施工，造成的地下管线破损事件日益频繁，这不但会造成经济上的损失，对于人民安全也是极大的隐患。为了减少地下工程施工对地下管线的破坏，越来越多的学者研究了不同施工方法对地下管线的影响。地下管线破损的主要原因是盾构隧道在推进的过程中造成土体沉降，引起地下管线附加应力变化。本文主要研究内容如下：

（1）在其它条件相同的情况下，地下管线的直径越大，地表的沉降越小。管径为1.4m时地表沉降量比地下管线直径为1m时的地表沉降量小4%，管径为1.8m时地表沉降量比地下管线直径为1.4m时的地表沉降量小5%。