PFC3D-FLAC3D耦合模拟EPB盾构施工影响分析

"这篇SCI文章探讨了使用PFC3D和FLAC3D软件耦合的数值方法在分析EPB盾构隧道施工过程中引发的土压、机器参数和地表沉降响应。研究通过PFC3D模拟不同室内排放比的盾构隧道掘进情况，而FLAC3D用于模拟周围地层。结果揭示了前盾压力随盾构掘进呈周期性变化，并与排放比成负相关；盾构舱内左右两侧及不同纵向位置的压力差受到排放比的影响；此外，排放比与盾构推力和切削头扭矩在开挖过程中也存在负相关关系；最后，正向地层损失对地表沉降的影响大于负向地层损失。" 本文是一篇深入探讨地球压力平衡（EPB）盾构法隧道建设的科学研究。作者通过将颗粒流计算程序（PFC3D）与有限差分法（FLAC3D）结合，构建了一种高效的数值仿真方案，旨在理解和预测盾构施工中的各种复杂现象。PFC3D是基于离散元素方法（DEM）的软件，常用于模拟土壤和岩石颗粒的行为，而FLAC3D则适用于模拟连续介质的地下结构行为。这种耦合方法允许对地层和隧道结构进行精细化建模，以获得更准确的分析结果。 研究中，作者关注的关键变量是排放比，即在盾构舱内排出渣土与进入舱内的新土之间的比例。通过改变这个比例，他们观察到前盾（即盾构机前端的密封部分）附近的压力变化，发现这些压力呈周期性波动，并且随着排放比的增加而减小。这一发现对于优化盾构操作和防止过大的土压波动具有重要意义，因为过高的压力可能会影响机器性能和地面稳定性。 同时，研究还指出，排放比的变化直接影响盾构推力和切削头扭矩。较低的排放比可能导致更大的推力和扭矩需求，这可能会对机器造成额外的磨损，影响施工效率，甚至可能威胁到施工安全。因此，理解这些参数之间的关系对于优化盾构机的操作参数至关重要。 最后，文章提到正向和负向地层损失对地表沉降的影响。正向地层损失指的是在掘进过程中土体被带入盾构舱，而负向地层损失则是土体在开挖后被留在原地。研究表明，正向地层损失导致的地表沉降更大，这为优化盾构掘进策略提供了新的视角，如控制土体处理方式以减少地表沉降。 这篇研究揭示了EPB盾构法施工中多个关键参数之间的相互作用，为工程实践提供了有价值的理论支持，有助于改进盾构隧道的设计和施工过程，减少对周围环境的影响。通过PFC3D和FLAC3D的耦合应用，未来可以进一步探索更多复杂地质条件下的盾构施工问题。