劉　軍， 荀桂富， 王　芳， 金　鑫

(1. 北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院， 北京　100044； 2. 清華大學(xué)水利工程系， 北京　100084)

?

盾構(gòu)始發(fā)與接收時頂力的數(shù)值模擬研究
——以北京地鐵15號線某盾構(gòu)直接切削玻璃纖維筋樁工程為例

劉軍1， 荀桂富1， 王芳2， 金鑫1

(1. 北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院， 北京100044； 2. 清華大學(xué)水利工程系， 北京100084)

摘要：盾構(gòu)頂力是盾構(gòu)始發(fā)和接收過程中的主要控制參數(shù)。以北京地鐵15號線某6 m盾構(gòu)直接切削玻璃纖維筋樁工程為背景，采用有限差分軟件FLAC3D研究分析了盾構(gòu)始發(fā)與接收時不同刀盤正面頂力作用下圍護樁體受力以及地表變形規(guī)律。研究結(jié)果表明： 盾構(gòu)始發(fā)中在切割玻璃纖維筋樁體時，若頂力大于10 000 kN，會引起地表隆起； 盾構(gòu)接收中在切割玻璃纖維筋樁體圍護結(jié)構(gòu)時，由于樁的一側(cè)為臨空面，當盾構(gòu)頂力大于8 000 kN時，會引起樁體發(fā)生向臨空側(cè)的倒塌破壞，存在一定的安全隱患。該研究對洞口處玻璃纖維筋樁體的設(shè)計和盾構(gòu)安全施工具有較大的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：北京地鐵； 盾構(gòu)始發(fā)； 盾構(gòu)接收； 頂力； 玻璃纖維筋樁； 數(shù)值模擬

0引言

盾構(gòu)法施工一般劃分為3個階段，即盾構(gòu)始發(fā)、正常掘進和盾構(gòu)接收[1]。盾構(gòu)刀盤正常始發(fā)掘進隧道時，首先得穿越由鋼筋作為增強材料的混凝土圍護樁或地下連續(xù)墻，由于盾構(gòu)無法直接切削鋼筋，因此，需要對洞口處的鋼筋混凝土圍護結(jié)構(gòu)進行人工鑿除[2-3]。人工鑿除鋼筋混凝土圍護結(jié)構(gòu)時，由于土體暴露，易出現(xiàn)土體塌方等事故，若有地下水，則安全問題更加突出；另外，若在盾構(gòu)范圍內(nèi)鋼筋處理不干凈時，還可能造成盾構(gòu)刀盤、刀具的損壞[4-5]。

近年來，采用玻璃纖維筋等盾構(gòu)易于切割的材料代替洞口處圍護結(jié)構(gòu)中鋼筋的做法，在國內(nèi)外均獲得成功[6-11]，該方法不僅能縮短施工工期，且安全性較高； 但由于玻璃纖維筋樁體破壞為脆性破壞[12-13]，盾構(gòu)始發(fā)、接收過程中，在盾構(gòu)刀盤切割玻璃纖維筋樁體時若頂力過大，可能會引起地表過大隆起或玻璃纖維筋樁體的破壞，特別是在盾構(gòu)接收時會產(chǎn)生樁體向臨空側(cè)的倒塌，存在著一定的安全隱患。因此，研究盾構(gòu)始發(fā)和接收時盾構(gòu)頂力對圍護結(jié)構(gòu)的影響具有重要的意義。

目前，關(guān)于盾構(gòu)推力方面的研究，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)取得了一定的研究成果。如西林聖武等[14]研究了泥水平衡盾構(gòu)掘進時千斤頂推力與刀盤扭矩的變化情況； 蘇健行等[15]建立了盾構(gòu)推進過程中所需總推力的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出了總推力的計算公式； 朱合華等[16]借助于模型試驗的方法，研究了土壓平衡盾構(gòu)推進過程中頂進推力的變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了盾構(gòu)千斤頂頂進推力的計算公式。上述成果主要集中于對正常掘進過程中盾構(gòu)千斤頂推力的研究，對于盾構(gòu)始發(fā)或接收時盾構(gòu)刀盤正面頂力的研究幾乎沒有涉及。鑒于盾構(gòu)刀盤正面頂力在盾構(gòu)始發(fā)和接收時的重要性，以北京地鐵15號線某工程為背景，采用數(shù)值模擬研究土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)和接收時盾構(gòu)刀盤正面頂力對圍護結(jié)構(gòu)的影響，以期能為洞口處玻璃纖維筋圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計、盾構(gòu)施工的安全控制提供指導(dǎo)。

1FLAC3D計算模型與參數(shù)取值

1.1計算模型

北京地鐵15號線某6 m盾構(gòu)始發(fā)與接收豎井為車站基坑，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用φ800@1 500 mm的鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索形式，在始發(fā)與接收洞口處一定范圍采用玻璃纖維筋樁，根據(jù)等面積代換的原則用玻璃纖維筋代替鋼筋，鋼筋與玻璃纖維筋采用鋼絲繩卡搭接，搭接長度為40d?；娱_挖范圍內(nèi)地層依次為粉土填土①層、雜填土①1層、粉土③層、粉質(zhì)黏土③1層、細中砂④3層、粉質(zhì)黏土④層和粉土④2層，局部為粉細砂③3層、粉質(zhì)黏土⑥層和粉土⑥2層?；拥貙悠拭嫒鐖D1所示。

圖1　基坑地層剖面圖(單位： mm)

所建立的FLAC3D計算模型如圖2和圖3所示，模型中周邊土體采用實體zone單元模擬，使用Mohr-Column模型； 圍護樁結(jié)構(gòu)采用zone單元模擬，冠梁結(jié)構(gòu)采用zone單元模擬，錨索結(jié)構(gòu)采用cable單元模擬，管片采用shell單元模擬。

圖2　FLAC3D計算模型

圖3　圍護結(jié)構(gòu)示意圖

1.2計算參數(shù)

在跨度、截面尺寸和配筋量等均相同的情況下，玻璃纖維筋混凝土構(gòu)件開裂前的剛度明顯小于鋼筋混凝土構(gòu)件。按照等效剛度原則，并考慮實際工程中樁體都為帶裂縫工作，因此鋼筋混凝土樁的彈性模量為28.0 GPa。根據(jù)玻璃纖維筋力學(xué)性能試驗，其彈性模量為48.0 GPa[12-13]，按照等效剛度原則，玻璃纖維筋樁的彈性模量計算值為28.6 GPa。實際上玻璃纖維筋為彈性材料，玻璃纖維筋樁開裂荷載為鋼筋混凝土樁的80%，并且玻璃纖維筋與混凝土的黏結(jié)力明顯小于鋼筋與混凝土的黏結(jié)力[17-18]； 因此，玻璃纖維筋樁的彈性模量為22.0 GPa。土層和結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)見表1和表2，其中土層物理力學(xué)參數(shù)由地勘報告得出。

表1　土層物理力學(xué)參數(shù)

注：t為土層厚度；E為彈性模量；μ為泊松比；γ為重度；c為黏聚力。

表2　結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)

1.3監(jiān)測數(shù)據(jù)與計算結(jié)果的對比分析

該車站基坑的開挖和數(shù)值模擬計算過程如下： 1)開挖至地表下3.5 m，設(shè)置第1道錨索； 2)開挖至地表下8.5 m，設(shè)置第2道錨索； 3)開挖至地表下12.0 m，設(shè)置第3道錨索； 4)開挖至地表下15.0 m，設(shè)置第4道錨索； 5)開挖至設(shè)計基坑底，部分樁體設(shè)置第5道錨索。地表沉降測點DB1—DB7位于基坑外側(cè)3.5 m處。測點布置情況如圖4所示。

圖5為基坑開挖完成后玻璃纖維筋樁體水平位移計算值與監(jiān)測值的對比圖。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，隨著基坑開挖樁體逐漸向基坑內(nèi)側(cè)移動，樁體最大水平位移為-18 mm，出現(xiàn)在樁體埋深12～16 m處； 而數(shù)值計算最大水平位移約為-20 mm，發(fā)生位置與監(jiān)測結(jié)果相同。

4#樁為玻璃纖維筋混凝土樁，其余為鋼筋混凝土樁。

圖4地表沉降測點布置圖

Fig. 4Layout of monitoring points

圖5　樁體水平位移計算值與監(jiān)測值對比

Fig. 5Comparison between calculated horizontal displacement of pile and measured horizontal displacement of pile

圖6為基坑開挖完成后距基坑?xùn)|側(cè)外緣3.5 m處地表沉降數(shù)值模擬計算值與監(jiān)測值的對比圖。由結(jié)果可知，由于圍護樁剛度大，基坑開挖過程對基坑外側(cè)地表沉降影響較小，測點的最大沉降值為4.16 mm，部分測點有隆起現(xiàn)象，最大隆起值為1.17 mm； 隨著施工的進行，測點有逐漸下沉的趨勢。數(shù)值模擬計算產(chǎn)生的最大沉降值為5.84 mm，出現(xiàn)在中間位置。

圖6　地表沉降計算值與監(jiān)測值對比

Fig. 6Comparison between calculated ground surface settlement and measured ground surface settlement

在計算分析中假設(shè)每層土層為均勻分布，與實際地層條件存在差異，加之實際施工中不確定性因素較多； 因此，理論分析結(jié)果與監(jiān)測值略有差別，但計算結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果都較為接近，故模型與參數(shù)可以作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)(后續(xù)盾構(gòu)始發(fā)與接收的研究均以基坑施工完畢后的工程作為基礎(chǔ))。

2盾構(gòu)始發(fā)時頂力對圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響

從盾構(gòu)始發(fā)受力情況來看(見圖7)，在刀盤貼近玻璃纖維筋樁體時土倉內(nèi)形成不了壓力，頂力通過刀盤作用在玻璃纖維筋圍護結(jié)構(gòu)上，然后又傳遞至樁體背后的土層中。若頂力過大，會引起地表隆起，但過大的頂力可使玻璃纖維筋樁體發(fā)生剪切破壞，利于始發(fā)。為了研究盾構(gòu)頂力對圍護結(jié)構(gòu)的影響，選取洞口附近點1和點2進行分析研究(點1和點2處為玻璃纖維筋與鋼筋搭接位置)。

圖7　樁體玻璃纖維筋與鋼筋搭接處內(nèi)力測點示意圖

Fig. 7Internal force monitoring points at connections between GFRP and steel bars

2.1圍護結(jié)構(gòu)樁體的內(nèi)力變化規(guī)律

表3為盾構(gòu)始發(fā)時不同頂力作用下玻璃纖維筋與鋼筋搭接處的彎矩值，正值表示樁體朝向基坑一側(cè)受拉，負值表示相反方向一側(cè)受拉。由表3可以看出，上方搭接處彎矩(點1)比下方搭接處彎矩(點2)大，頂力增大時搭接處的彎矩也隨之增大。

表3盾構(gòu)始發(fā)時不同頂力作用下樁體玻璃纖維筋與鋼筋搭接處彎矩值

Table 3Bending moments of connection between GFRP and steel bars under different thrusting forces of shield launching

頂力/kN點1處彎矩/(kN·m)點2處彎矩/(kN·m) 0(主體完成)-490.0-519.0 5000237.2203.8 8000491.7376.7 10000663.8461.4 12000835.5546.5 150001092.0873.0

注： 通過FLAC內(nèi)置函數(shù)調(diào)取測點應(yīng)力，然后利用材料力學(xué)公式σ=My/I反算測點彎矩。

對于玻璃纖維筋混凝土樁，當直徑等于0.8 m時，極限承載力作用下的彎矩值Mu為800 kN·m。由表3可知： 當頂力為12 000 kN時，上方搭接處彎矩大于800 kN·m，超出了玻璃纖維筋樁的極限承載力，這樣就使得玻璃纖維筋樁提前斷裂，而這種破壞狀態(tài)不是工程中希望出現(xiàn)的狀態(tài)，即盾構(gòu)刀盤切割與圍護樁破壞同步，對安全施工不利。

2.2地層土體變形規(guī)律

為了進一步研究盾構(gòu)頂力對地層土體的影響，分析了不同頂力下洞口土體及地表的變形規(guī)律，如圖8所示。圖8中土體水平方向位移為正值，表示位移與盾構(gòu)頂力方向一致，隨著頂力的增加，土體位移也逐漸增大，且地表隆起。

由圖8可知： 當頂力為10 000 kN時，洞口土體朝頂力方向的位移增大，在接近地表及地表處出現(xiàn)略微隆起現(xiàn)象； 當頂力為12 000 kN時，洞口土體朝頂力方向的位移繼續(xù)增大，在接近地表及地表處有較明顯的隆起趨勢。綜合考慮不同頂力作用下，圍護樁受力與洞口土體位移狀態(tài)和地表沉降規(guī)律，確定始發(fā)時盾構(gòu)頂力取10 000 kN左右為宜。

3盾構(gòu)接收時頂力對圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響

盾構(gòu)接收時圍護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)如圖9所示，雖然此時有維持刀盤前方水土壓力的土倉壓力，但土倉壓力也會隨著盾構(gòu)接近圍護結(jié)構(gòu)而逐漸轉(zhuǎn)換為有限土壓并逐漸減小，當盾構(gòu)刀盤貼近圍護結(jié)構(gòu)時，土倉壓力為零。本文只研究盾構(gòu)頂力對樁體產(chǎn)生的影響，因此忽略了在接收過程中土倉壓力對圍護結(jié)構(gòu)樁體的影響。

(a)頂力10 000 kN

(b)頂力12 000 kN

(c)頂力15 000 kN

Fig. 8Contour maps of soil and ground surface displacement under different thrusting forces of shield launching

圖9　盾構(gòu)接收時圍護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)

表4為盾構(gòu)到達樁體時不同頂力作用下玻璃纖維筋與混凝土搭接處的彎矩值，正值表示樁體朝向基坑一側(cè)受拉，負值表示相反方向一側(cè)受拉。由表4可知： 上端搭接處彎矩值與下端搭接處彎矩值的大小與盾構(gòu)始發(fā)時樁體內(nèi)力相同，均為上端大于下端； 樁體內(nèi)力隨著頂力的增大而增大，而且增加幅度較大，頂力為12 000 kN時搭接處的彎矩值已經(jīng)是5 000 kN時彎矩值的2倍，可見頂力對樁體內(nèi)力影響較明顯。當頂力為8 000 kN時，樁體彎矩約為800 kN·m； 若頂力大于10 000 kN時，樁體彎矩均大于800 kN·m，超過玻璃纖維筋樁的承載力設(shè)計值，有可能使洞口附近樁體被剪切破壞，并出現(xiàn)向臨空側(cè)倒塌現(xiàn)象，此時的玻璃纖維筋樁體不是被磨斷的，而是被過大頂力推斷的。該現(xiàn)象對洞口處施工會造成一定的安全影響，因此，在盾構(gòu)接收中直接切割圍護樁體時，建議盾構(gòu)頂力減至8 000 kN以下。

表4盾構(gòu)接收時不同頂力作用下樁體玻璃纖維筋與鋼筋搭接處彎矩值

Table 4Bending moments of connection between GFRP and steel bars under different thrusting forces of shield receiving

頂力/kN點1處彎矩/(kN·m)點2處彎矩/(kN·m) 0(基坑主體完成)-490-519 5000-713-611 8000-785-726 10000-1009-901 12000-1468-1310 15000-1848-1715

4結(jié)論與建議

文章以北京地鐵15號線某工程為背景，采用數(shù)值模擬分析方法研究了土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)和接收時盾構(gòu)刀盤正面頂力對圍護結(jié)構(gòu)的影響，得出如下結(jié)論。

1)盾構(gòu)直接始發(fā)時，當盾構(gòu)頂力大于10 000 kN，會發(fā)生隆起現(xiàn)象； 若盾構(gòu)頂力繼續(xù)增大至12 000 kN，不僅會使地表略微隆起，同時還會因為頂力過大造成玻璃纖維筋樁發(fā)生突然性整體破壞。因此，對于6 m直徑盾構(gòu)直接始發(fā)時，建議頂力為10 000 kN，從而可以有效控制地表位移、刀盤前方土體位移以及樁體受力狀況。

2)相比較于盾構(gòu)始發(fā)時盾構(gòu)頂力對圍護結(jié)構(gòu)的影響情況，由于在盾構(gòu)接收時玻璃纖維筋混凝土圍護結(jié)構(gòu)承受著盾構(gòu)頂力與土壓力同時、同方向的荷載，并且樁的一側(cè)為臨空面，因而盾構(gòu)接收時對盾構(gòu)頂力大小的控制比對盾構(gòu)接收時更為嚴格，在盾構(gòu)接收中直接切割圍護樁體時，建議盾構(gòu)頂力減至8 000 kN以下。

盾構(gòu)洞口處的圍護結(jié)構(gòu)采用玻璃纖維筋代替鋼筋，達到了直接切削混凝土圍護結(jié)構(gòu)的目的，避免了由人工鑿除洞口時出現(xiàn)涌水、涌砂和土體塌落等現(xiàn)象，保證了施工安全，應(yīng)進行大力推廣。目前北京地鐵16號線全線采用了該方法。本文中的研究成果，可為盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)接收工程提供理論參考依據(jù)，特別是對于盾構(gòu)接收的情況，由于頂力過大會使圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生剪切破壞； 因此，在圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮該問題，適當加強洞口圍護結(jié)構(gòu)的配筋，以避免事故發(fā)生。

參考文獻(References)：

[1]鮑綏意,關(guān)龍,劉軍,等.盾構(gòu)技術(shù)理論與實踐[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2012: 10-15. (BAO Suiyi, GUAN Long, LIU Jun, et al. Shield technology theory and practice[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2012: 10-15. (in Chinese))

[2]楊德春，唐琪. 淺析盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)計與始發(fā)技術(shù)應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2007，27(增刊2): 307-313. (YANG Dechun, TANG Qi. Analysis of design and construction techniques of shield launching shaft[J]. Tunnel Construction，2007，27(S2): 307-313. (in Chinese))

[3]劉軍，原海軍，李京凡，等．玻璃纖維筋在盾構(gòu)工程中的研究與應(yīng)用[J]. 都市快軌交通, 2014, 27(1): 81-85, 103. (LIU Jun, YUAN Haijun, LI Jingfan, et al. Current state of research and application of GFRP in shield engineering[J]. Urban Rapid Rail Transit, 2014, 27(1): 81-85, 103. (in Chinese))

[4]蔣小銳.玻璃纖維筋在地下連續(xù)墻中的應(yīng)用[J].鐵道標準設(shè)計, 2009 (10): 48-50. (JIANG Xiaorui. Application of GFRP bars in the underground diaphragm wall[J]. Railway Standard Design, 2009(10): 48-50. (in Chinese))

[5]王曉璜.玻璃纖維筋在城市下穿隧道支護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].廣東建材,2010,26(7): 47-50. (WANG Xiaohuang. Application of GFRP bars to the supporting structure of urban tunnels underneath existing buildings[J]. Guangdong Building Materials, 2010,26(7): 47-50.(in Chinese))

[6]宋旱云,劉軍,周洪.玻璃纖維筋在地鐵盾構(gòu)施工中的應(yīng)用[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報, 2014, 30(2): 32-36. (SONG Hanyun, LIU Jun, ZHOU Hong. Application of GFRP bars to the subway shield construction[J]. Journal of Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture, 2014, 30(2): 32-36. (in Chinese))

[7]鄒永威.玻璃纖維(GFRP)筋在盾構(gòu)端頭井圍護樁中的應(yīng)用研究[D].成都: 西南交通大學(xué),2008. (ZOU Yongwei. Application of GFRP bars to exterior-protected structure of shield end shaft[D].Chengdu:Southwest Jiaotong University,2008. (in Chinese))

[8]朱大宇.GFRP筋地下連續(xù)墻的施工應(yīng)用研究[D].上海: 同濟大學(xué),2008. (ZHU Dayu. Study on application of GFRP bars to diaphragm wall reinforcement[D]. Shanghai: Tongji University, 2008.(in Chinese))

[9]宋元平.盾構(gòu)機直接切削玻璃纖維筋洞門進洞技術(shù)[J].企業(yè)科技與發(fā)展, 2012, 15(6): 51-55. (SONG Yuanping. The entrance technology of directly cutting glass fiber reinforced plastic tunnel hole by shield machine[J]. Sci-Tech & Development of Enterprise, 2012, 15(6): 51-55. (in Chinese))

[10]楊紅軍.玻璃纖維筋在盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].

隧道建設(shè), 2008, 28(6): 711-715. (YANG Hongjun. Application of GFRP to construction of retaining structures of shield-launching shafts[J]. Tunnel Construction, 2008, 28(6): 711-715. (in Chinese))

[11]Thasnanipan N, Maung A W, Baskaran G. Diaphragm wall and barrette construction for Thiam Ruam Mit Station Box, MRT Chaloem Ratchamongkhon Line, Bangkok[C]//Proceedings of International Conference on Geotechnical and Geologic Engineering. Melbourne: GeoEng, 2000: 9-15.

[12]崔強.玻璃纖維筋混凝土構(gòu)件斜截面抗剪性能及工程設(shè)計研究[D].成都: 西南交通大學(xué),2007. (CUI Qiang. Study on shear resistance properties of the oblique section of GFRP reinforced concrete members and its designed method [D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2007. (in Chinese))

[13]周洪, 劉軍, 宋旱云. 玻璃纖維筋拉伸力學(xué)性能試驗研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報, 2013, 29(3): 20-23. (ZHOU Hong, LIU Jun, SONG Hanyun. Test research on tensile mechanical properties of GFRP bars [J]. Journal of Beijing University of Civil Engineering and Architecture, 2013, 29(3): 20-23. (in Chinese))

[14]西林聖武, 藤木育雄, 高橋聡. 泥水式シールドの掘進時におけるジャッキ推力とカッタートルクについて[C]// トンネル工學(xué)研究発表會論文·報告集6. 東京: 土木協(xié)會,1996: 387-392. (Nishibayashi Noritake, Fujiki Ikuo, Takahashi Satoshi. A study on jack thrust and cutter torque for excavation with slurry shield[C]//Tunnel Engineering Research Dissertation.Tokyo: Japan Society of Civil Engineers,1996: 387-392.(in Japanese))

[15]蘇健行,龔國芳,楊華勇.土壓平衡盾構(gòu)掘進總推力的計算與實驗研究[J]. 工程機械, 2008,39(1): 13-16. (SU Jianxing, GONG Guofang, YANG Huayong. Total thrust calculation and test research for soil pressure balancing shield tunneling[J]. Construction Machinery and Equipment,2008,39(1): 13-16. (in Chinese))

[16]朱合華, 徐前衛(wèi), 廖少明, 等. 土壓平衡盾構(gòu)施工的頂進推力模型試驗研究[J]. 巖土力學(xué), 2007, 28(8): 1587-1594. (ZHU Hehua,XU Qianwei, LIAO Shaoming, et al. Experimental study on thrust force during tunnel excavation with earth pressure balance shield machine[J]. Rock and Soil Mechanics, 2007,28(8): 1587-1594. (in Chinese))

[17]Choi Dong Uk, Chun Sung Chul, Ha Sang Su. Bond strength of glass fibre-reinforced polymer bars in unconfined concrete[J].Engineering Structures, 2012,34 (1): 303-313.

[18]黃生文,邱賢輝,羅文興.GFRP錨桿錨固特性研究[J].長沙理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,6(3): 33-39. (HUANG Shengwen,QIU Xianhui, LUO Wenxing. The bond feature researching of the GFRP (glass fiber reinforced polymer) bolt[J]. Journal of Changsha University of Science & Technology(Natural Science),2009,6(3): 33-39. (in Chinese))

Study on Numerical Simulation of Thrusting Force of Shield Launching and Receiving: A Case Study on Glassfiber Reinforced Plastic (GFRP) Pile Cut Directly by Shield Machine Used in Line No. 15 of Beijing Metro

LIU Jun1, XUN Guifu1, WANG Fang2, JIN Xin1

(1.SchoolofCivilEngineering,BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China;2.DepartmentofHydraulicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:The Thrusting force is the main control parameter in the shield launching and receiving. In this paper, the rules of retaining pile stressing and ground surface settlement under different thrusting forces on the cutterhead during shield launching and receiving are studied by means of finite difference FLAC3D software, with the glassfiber reinforced plastic (GFRP) pile cut directly by a φ6 m shield machine used in Line No. 15 of Beijing Metro as an example. The study results show that: 1) Settlement would occur to the ground surface when the thrusting force of shield launching is larger than 10 000 kN. 2) The GFRP pile would fall towards the free side when the thrusting force of shield receiving is larger than 8 000 kN. The results can provide guidance for the design of GFPR pile and the safe construction of shield tunneling.

Keywords:Beijing Metro; shield launching; shield receiving; thrusting force; glassfiber reinforced plastic (GFRP) pile; numerical simulation

中圖分類號：U 455

文獻標志碼：B

文章編號：1672-741X(2016)03-0264-06

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.03.003

作者簡介：第一 劉軍(1965—)，男，新疆烏魯木齊人，1998年畢業(yè)于成都理工大學(xué)，巖土與地下工程專業(yè)，博士，清華大學(xué)博士后，教授，主要從事巖土與地下工程的教學(xué)與研究工作。E-mail: liujun01@tsinghua.org.cn。

基金項目：北京市自然科學(xué)基金項目、北京市教育委員會科技計劃重點項目(KZ20131001601)； 北京市屬高等學(xué)校創(chuàng)新團隊建設(shè)與教師職業(yè)發(fā)展計劃項目(IDHT20130512)

收稿日期：2015-08-21; 修回日期： 2015-11-16