midasgts简单例题

有限元分析在隧道施工中的应用

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摘要

TBM全断面施工是现阶段特别是地铁隧道施工的重要方式之一，其速度快，成型好，支

护及时，得到广泛的应用。隧道的开挖方式和支护永远是隧道施工的重点话题。隧道类型分为很多，大体上可以分为山岭隧道，浅埋隧道以及水下隧道。在条件允许时，TBM都可以

用作以上隧道的主要施工方式。而在城市隧道施工过程中，由于一般城市隧道埋藏较浅，而且上层多有建筑物覆盖，所以施工要求较高，一般选取TBM活着浅埋暗挖法进行施工。而

由于浅埋暗挖法施工工期长，施工难度大，故TBM施工称为首选。MIDAS gts是专门针对

岩土问题，主要是基坑，隧道，边坡和渗流，都能进行有效分析计算的商业有限元软件。在此选取某市政工程的地铁隧道施工，利用MIDAS GTS进行施工阶段模拟。

关键词：TBM，midas gts,隧道

盾构法施工简介

TBM （Tunnel Boring Machine ）——全断面隧道掘进机，掘进、支护、出

渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中应用正在迅猛增长。软岩TBM适用于软弱性围岩施工的

隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。

TBM施工的优点：

（1）快速。TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施

工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现

了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。

（2）优质。TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。

（3）高效。TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会

效益；同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。TBM施工用人少，降低了劳

动强度、降低了材料消耗。

（4）安全。用TBM施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻了体力劳动

量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少

(5)环保。TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小；减少了长大隧

道的辅助导坑数量，保护了生态环境；如果使用双护盾TBM还可以减少隧道

内水的流失，有利于环境保护和减少水土流失。

(6)自动化、信息化程度高。TBM采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。TBM具有施工数据采集

功能、TBM姿态管理功能、施工数据管理功能以及施工数据实时远传功能，可实现信息化施工。

TBM 隧道开挖有限元分析

一，研究目的

1 ,熟悉有限元建模，求解，分析结果能力

2，能够利用GTS 进行有限元分析

3，加深对网格划分的理解，熟悉施工过程

二，建模过程

1，参考实际工程，在CAD 上做出二维图形

图2-1

TBM 的开挖方式一般针对隧道位置较深，岩体强度较好的围岩。一般规定隧道 的埋深要大于等于隧道的直径。此处的模型为穿土层隧道，埋深略低。前后为自 由面，无约束。 2，导入

MIDAS GTS

图2-2

导入过程中，同时进行交叉分割曲线。

三，生成实体

图3-1

由于前后为自由约束，没有土层的位移和压力约束，所以建模时候经二维拓展成三维实体时候，尽量要按照实际工程的操作，这样进行荷载设定的时候，才更加真实和精确。生成实体后，接着进行隧道实体嵌入及隧道实体分割。因为的工作原理是分段施TBM

工，故施工建模时候，把隧道分割成6段，方便进行施工过程模拟。分割隧道实体，同时分割相邻围岩，因为施工过程会对相邻岩体有扰动影响。

3，进行材料属性定义

在属性定义中，隧道实体和土实体都定义为实体。由于是浅层土体开挖且土层质量较好，故直接应用初支支护，而不再定义锚杆。

图3-2

4，网格划分

对于隧道而言，整体隧道属于受力比较复杂的实体，所以增大网格密度，采取自由网格划分