随着我国改革开放的进一步深入,充分开发地下空间成为现代城市可持续发展的必要手段,是城市空间协调发展的一个新热点。盾构隧道法开挖凭借自身的优势成为城市地下施工的主要手段,其中土压平衡式盾构目前在国内使用较为普遍。开挖面的稳定是盾构施工技术的关键问题,直接影响到周边环境。目前,国内盾构支持力的确定仍然处于过分依赖工程经验的阶段,对盾构施工开挖面稳定性研究在国内相对比较少。因此,本文的研究具有一定的学术价值和工程实际应用的指导意义。 本文针对如上所述,主要进行以下研究工作: 1、通过阐述土压平衡式盾构机工作原理,对盾构掘进过程中所引起的环境效应进行了详尽地分析,揭示了开挖面的稳定性是影响周边环境的重要因素之一。 2、根据非线性有限元仿真分析的基本原理及其在ANSYS软件中的具体实现过程,阐述了三类非线性问题,探讨了弹塑性分析的基本方程和常用的强度准则,提出了非线性有限元仿真分析中盾构施工开挖面失稳的判别依据。 3、根据极限平衡理论,利用前人学者提出的极限平衡计算模型(简仓计算模型),推导了盾构支持力的计算公式。针对南京地铁施工条件和施工工艺,应用数学计算软件MATALAB进行极值计算,并用有限元仿真分析验证了计算结果的正确性,提出了应用极限平衡法计算盾构支持力的新思路。 4、在分析开挖面稳定系数计算公式的基础上,应用开挖面稳定系数的计算公式推导出盾构支持力的计算公式,同时针对南京地铁的施工条件和施工工艺计算盾构支持力。 本文的着重点在于通过分析开挖面失稳机理,深入探讨影响开挖面稳定的因素,揭示了埋深比是影响开挖面稳性的最重要因素。从简仓计算模型和开挖面稳定系数的计算公式推导出盾构支持力的计算公式。在此基础上,基于ANSYS平台,编制了计算程序,建立三维DP弹塑性有限元计算模型,进行非线性仿真分析。在仿真过程中进行ANSYS后处理分析,能够针对不同盾构支持力条件下进行地表变形、土体塑性变形的比较,得出了较为满意的结论。