双隧道开挖有限元模拟

隧道开挖将不可避免地对其邻近建筑物产生影响，利用有限元COMSOL软件建立双连拱隧道的二维模型，通过建立空间有限元模型，对双隧道开挖的空间效应的变形和稳定性进行了分析。需考虑两个隧道之间的稳定性，确保隧道施工的安全。通过对应力应变以及内力的变化规律分析，了解开挖过程采用的结构以及开挖方式的安全性及可靠性，从而提高施工的安全性，分析后给出了土体开挖前后的应力云图、塑性区示意图。为控制地表沉降、保护地面建筑物和确定隧道衬砌或支护方案提供了重要的参考依据，研究结果为双隧道的设计和施工提供了很好的参考价值。

近年来，我国高速公路建设蓬勃发展，其中高速公路隧道的兴建对交通基础设施的提升起到了巨大的推动作用。然而，由于不良的地质条件，特别是在浅埋、围岩软弱且流变性强的地区，修建近距离双隧道时[1] [2] [3]，如何确保围岩与支护体系的稳定性成为了设计与施工部门面临的难题。

1.1. 研究目的及意义 随着我国山区公路和铁路隧道的增多， 施工中遇到的地质问题也日益复杂。

隧道开挖会改变土体的形态， 引起土体的扰动和变形， 进而改变土体的应力分布， 对隧道周围的地表沉降和周边建筑物产生影响[4] [5] [6]。

在双隧道开挖中，为了更好地预测和了解其影响，有限元模拟成为一种重要的工具。有限元模拟通过将复杂的物理问题分解为有限数量的小元素，并对每个小元素进行求解，从而解决整个系统的问题[7] [8]。在双隧道开挖中，有限元模拟可以用来模拟土体的变形和应力分布，以及隧道结构的受力情况。

1.2. 研究内容 本研究旨在进行平面弹塑性有限元计算，以确保近距离双隧道的开挖与支护体系的稳定性。通过有限元模拟，可以对不同的隧道开挖方案进行比较和评估，确定最优方案。同时，有限元模拟还可以预测隧道开挖对周围环境的影响，并探索减少这些影响的方法。

1.3. 研究现状 Zhou [9]等人使用基于Peck 公式的方法， 深入研究了双线隧道开挖导致的地层变形。

研究结果显示， 由于复杂的耦合作用，准确预测变得困难。传统方法无法考虑第一条隧道开挖对第二条隧道附近土壤变形的影响，导致计算结果与实测存在较大差异。研究在武汉市双隧道实际数据的基础上校准模型，引入扰动修正因子，推导出更精准的地表变形预测公式。通过长沙地铁2 号线实例验证，为解决双线隧道施工地层变形问题提供新方法。Zheng [10]等人采用数值模型和离心机试验相结合的方法，深入研究了双隧道引发的沉降行为。研究指出，在平行双隧道布置中，随着土壤软化，第二条隧道的沉降比第一条更为显著。此外，对不同覆盖深度的双隧道布置，沉降模式更复杂，受建造顺序影响。研究通过多种情况的数值分析，如倾斜和重叠布置，揭示了土体刚度变化与沉降行为之间的关系。实验证实了第一条隧道对