摘要：随着我国经济的不断的发展，进而很好的促进了地铁工程的发展。地铁隧道建设过程中的地层稳定性研究是目前所存在的问题，地铁建设将会引起地层的沉降、周围土体失稳，这也是地铁设计以及施工过程中所需要考虑的重要因素。本文主要是采用现场监测数据和有限元数值模拟相结合的方法，根据现场监测数据以及数值模拟所得出结果进行对比，进而验证了数值模拟的实用性。
关键词：地铁隧道；数值模拟；现场监测
中图分类号：U45 文献标识码： A
引言：目前随着我国经济的不断发展，进而使我国预加固技术已经是达到了一定水平，经常所使用的方法比较多，但是在不同的地质情况下使用还是存在着一定的区别。本文主要是对地铁隧道施工预加固技术应用进行分析研究，进而提出了以下内容。
1.关于预支护的原理
所谓的预支护主要是通过对隧道围岩的自承力P、支护体的承载能力T以及围岩开始挖的原始内力P00发生改变之后三者之间的力学关系进行阐述，进而建立起了一个“围岩――支护”结构体系。从静力学的原理可以知道，P0主要是由“围岩――支护”结构体系的承载力来进行平衡。
定义围岩的预支护力为F等于“围岩――支护”结构体系的承载力。主要为：
F=T+Pmax。
在公式中F主要是表示预支护力，单位是：MPa；
公式中的T主要是表示支护抗力，单位是MPa；
公式中的Pmax主要是表示极限自承载力，单位是MPa；
从上述公式中可以看出，围岩以及支护的抗力并不相同，预支护力主要是由围岩的极限自称在能力以及支护结构对围岩提供的支护抗力共同组成，要想使隧道围岩在开挖之后依然是能够保持一定的稳定性，就要求围岩的预支护力大于围岩开挖时对隧道的扰动而使围岩发生破坏的力。即F>P0，只有这样隧道的围岩周围才能够处在稳定的状态。
2.对工程实例进行有效的模拟分析
在一定程度上运用MIDAS GTS数值分析软件，对某市地铁一号线洒金桥一北大街区间的数值进行相应的模拟，该工程在地表过程中的沿线建筑物相对比较密集，具有着比较大的车流量，地下管网比较密布。工程所处为比较复杂的地质条件，围岩级别相对来说比较差，地应力水平在一定程度上也是比较高的。隧道开挖形式为马蹄形大断而浅埋暗挖，内净空为12. 4 米x 11. 814 米，在这样的区段所应用的开挖方法为CRD法，地铁隧道埋深度在一定程度上为九米。
2. 1进行相应的模拟假定
一是所有土层在一定程度上为各向同性和均质的，并且地表以及土层进一步呈水平层状分布。
二是针对初始地应力来说，在模型计算的过程中只对土体自重应力进行考虑，没有对地下水进行考虑和围岩构造过程中的应力影响。
三是假定隧道在新建隧道施工前结构在一定程度上处于良好状态。
四是由于模型底部的约束，即底部Z轴方向位移为0，模型顶部边界为自由边界，不约束。
五是模型的初始处理的过程中，土体在一定程度上应用的是实体单元模拟，预加固锚杆、超前小导管和管棚采用线单元模拟，预加固旋喷桩采用板单元模拟
2. 2模型影响过程中的范围以及相关参数的选取
经相关研究可以知道，地下结构物的影响范围在一定程度上为三道五倍的结构物尺寸，如果对此范围进行超过的话，位移以及应力误差等相对比较小，所以，模型的宽度在一定程度上取隧道宽度的八倍，即九十六米，高度也进一步取隧道高度的八倍，即四十米 。隧道洞身内在一定程度上有多个土层进行分布，为第四系人工填土、黄土、粉质勤土等，并且大多数都处于地下水位以下，所以隧道受地下水的影响会比较大，开挖时的过程中容易出现坍塌的现象。
2. 3进行工况设计
为了能够进一步的研究不同预支护方式，在开挖后围岩的沉降变形，进一步提出以下四种工况：
工况一：在对：地铁隧道施工的过程中，没有进行加固措施。
工况二：：在进行地铁隧道施工中，打设中空注浆锚杆，在一定程度上应用注浆加固措施。
工况三：在对地铁隧道施工的过程中，打设超前注浆小导管，并没有打设管棚注浆加固措施。
工况四：地铁隧道施工时，进一步打设水平旋喷桩措施。
3对过程模拟进行开挖
3. 1建立模型
本工程在一定程度上应用的是MIDAS GTS有限元软件进行模拟计算。结合模拟过程只能够的假设和工程实际建立模型，如图1所示。
图1地铁隧道计算过程中的模型
3. 2对计算进行有效的分析
结合工程的实际情况，在一定程度上能够得到各个工况下的竖向位移云图，其中工况三的位移云图如图3所示（其他工况略）。
图3不同预加固工况位移云图
4对现场施工过程进行有效的监测
4. 1监测项目以及测点布置
为了能够在一定程度上更好的使监测数据指导进行施工，更好的和模拟的结果进行有效的对比，本文在一定程度上主要是针对这三个项目进行监测，隧道围岩拱顶下沉监测、水平收敛。进一步把隧道中心线顶点作为围岩拱顶下沉监测点，隧道截面拱腰点在一定程度上作为水平收敛监测点。
4. 2监测过程中的结果分析
第一是关于拱顶的沉降分析。从上述图4――5当中可以知道。隧道在进行开挖的过程中，拱顶出现的下沉现象比较明显，主要是呈现着直线增长，并且是处在不稳定的状态下，在前十二天之内拱顶的沉降是最为明显的，其累计沉降量达到了十八点一一毫米。在十二天到二十天的这段时间之内，拱顶围岩下沉是处在一个相对来说比较缓和的阶段，中间虽然是存在着波动，但是整体上是呈现着逐步稳定的状态。在这之后的十天当中，拱顶的围岩变化已经是很小了，最终沉降值将会是在二十点二十一毫米左右。
第二是关于水平收敛位移的分析。水平收敛在前十四天之内变化比较大，曲线是上升幅度也比较大，呈现线性增长，变化的速率比较大，在接下来的十五天到二十二天之内，水平的收敛值逐步的趋于稳定，呈现着比较小的态势，变化的速率维持比较小，在二十二天之后，水平的收敛变化很小，基本上已经是呈现了水平直线的状态，水平收敛的变化速率几乎是为零，最终拱腰水平收敛是在十九点六一毫米左右，这个时候说明了隧道的围岩已经是稳定，应该要进行第二次的衬砌。
5.关于现场检测数据以及有限元计算结果对比
数值模型当中的拱顶沉降是在二十点一毫米，拱腰水平收敛值是在二十点五毫米，然而检测数据拱顶沉降是在二十点二一毫米，侧壁的收敛是在十九点六一毫米，误差全部都小于百分之五，模拟数据以及监测数据基本是吻合的。这也说明了本文所模拟的支护方案和实际工程的相符合，所选用的支护方案切实可行，也进一步的验证了该地铁隧道管棚超前支护这种施工设计方案的合理性，对类似工程也有何很好的指导作用。
总结：随着我国经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，进而很好的促进了地铁隧道的施工技术，然而在对地铁隧道进行施工的过程中必须要对其预加固技术进行不断的研究以及完善，进而使其能够为地铁工程施工带来保障。本文主要是通过对数据的监测以及模拟等方法来进行，进而取得了不错的效果，因此这项技术值得推广。