双线盾构隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究

以山西太原地铁2号线双线盾构隧道近距离穿越高架桥桩基为研究对象,建立三维有限元模型,考虑土仓压力、盾壳与土层的摩擦力、注浆压力的影响,模拟盾构隧道开挖掘进过程,分析桩基变形规律。结果表明:双线盾构隧道开挖完后,近接桩基承台发生的竖向位移为-3.21 mm;桩基竖向位移和垂直隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖距桩前10 m和桩后10 m之间,沿隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖至距桩前20 m和桩后20 m之间;垂直隧道开挖方向的水平位移和沿隧道开挖方向的水平位移最大值均出现在隧道掘进通过桩基过程中,分别达9.47 mm和-11.92 mm,均出现在隧道中心高度处;在隧道掘进过程中需采取桩基保护措施。     

软土地区盾构施工对既有单桩工作性状的影响分区研究

为研究既有桩基位于拟建隧道周围不同位置时,隧道开挖对桩基产生的受力与变形规律,依托天津地铁3号线北站至铁东路站左线盾构区间项目,利用ABAQUS软件将隧道周围软土按照桩端径向、切向位置的不同划分为8个区,建立考虑软土修正剑桥本构关系的二维有限元模型,探讨隧道开挖后桩基分别处于设计荷载和极限荷载下的桩侧摩阻力和桩身位移变化规律,并建立隧道开挖对邻近单桩工作性状的影响分区。计算结果表明： 1）隧道开挖会使桩基近隧道侧产生负摩阻力,负摩阻力最大值随桩到隧道径向距离的减小而逐渐增大,随桩长的增大而逐渐增大; 2）隧道开挖会导致桩身极限侧摩阻力降低,当桩端位于隧道两侧分区时降幅较大,在10%~15%; 3）桩端分别位于隧道两侧、底部、顶部分区时,依次对桩身倾斜率、桩身挠曲变形和桩顶沉降的影响最显著; 4）提出能够对隧道开挖后既有单桩工作性状分区进行评价的指标,当桩端位于3区时,盾构隧道开挖造成单桩的综合影响程度最大,应加强施工监控措施。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

盾构切桩掘进对托换桩的影响分析

为了研究盾构切桩掘进对新托换桩的影响,以南昌地铁2号线某盾构切桩工程为背景,运用ABAQUS有限元软件建立三维实体模型,分析施工过程中新托换桩位移和弯矩变化情况。设置切除旧桩前、刚切除旧桩后以及切除旧桩并向前掘进一定距离3种工况,提取3种工况下新托换桩的变形和弯矩进行分析,进而对直接盾构切桩掘进方案的合理性进行评价。计算结果表明： 1）盾构掘进切除旧桩造成托换桩垂直于隧道轴线方向的最大变形发生在隧道上方约2.5 m处,沿隧道轴线方向的最大变形发生在桩顶; 2）托换桩桩身最大弯矩出现在隧道断面深度范围内,最大值可达到600 kN·m以上,因此桩基设计时,不仅要进行正截面受压承载力验算,还需进行受弯承载力验算。     

大直径盾构近穿及下穿对填土桩基础扰动效应分析

为研究大直径盾构隧道近穿及下穿对填土地基中桩基的扰动影响,依托某大直径盾构隧道工程,结合FLAC~(3D)数值软件,对大直径盾构隧道近穿及下穿对桩基础的位移特征及承载力特性进行模拟分析。分析结果表明:盾构近穿及下穿过程中,对桩基础的位移及沉降存在扰动影响,其中盾构到达前10 m和通过后12 m范围,对桩基沉降影响较大,盾构近穿桩基时,桩基沉降速率较大,盾构下穿桩基时,盾构靠近桩基前20 m,桩基沉降速率变大,通过桩基后,桩基沉降趋于平缓。随着盾构的掘进,桩基靠近隧道处侧摩擦阻力波动较大,且隧道正上方的桩侧负摩阻力增大,易导致建筑物沉降。     

盾构隧道近距离穿越群桩基础的影响分析

以长沙地铁1号线新河三角洲站—开福寺站区间隧道为工程背景,利用FLAC3D有限差分方法模拟盾构隧道近距离侧穿桩基的施工过程,揭示了盾构隧道侧穿桩基对地表沉降、桩基变形与内力的影响规律。研究表明盾构隧道掘进过程中将会引起邻近桩基发生平行于盾构轴线和垂直于盾构轴线两个方向的挠曲变形,从而导致桩基内部产生较大的附加轴力和弯矩;桩基础的应力和变形都与盾构的推进过程密切相关,在盾尾穿越桩位前后0.5 D距离范围内达到最值。     

盾构下穿施工对既有桩基承载性能的影响研究

针对地铁盾构隧道近接桩基施工情况,利用有限元软件,在考虑前方土体受到刀盘施工扰动、土仓压力、盾尾注浆作用等施工参数下,对盾构隧道动态施工中正上方桩基的承载性能进行了数值计算。结果表明,盾构施工对桩基沉降和承载力损失较大的区域主要集中在刀盘距桩轴线+6~-12m之间;盾构正下方穿越既有桩基时,存在一个特定安全施工距离,约为3m;盾构隧道施工前桩基承受的荷载不同,盾构施工过程对桩基承载力的影响也就会不同。     

浅埋盾构隧道近接桩基础渗流应力耦合安全性分析

对于岩土结构,水流的渗流作用往往会造成结构受力发生变化,进而引起变形。如水域中的桥梁桩基础在盾构隧道近距离侧穿施工时,地层的扰动会对群桩基础及上部结构产生不利影响。为研究渗流作用下盾构隧道侧穿桥梁基础施工的安全性问题,以某市穿越河流施工的地铁盾构隧道为对象应用有效应力原理,借助数值仿真法建立水域三维动态盾构隧道施工有限元计算模型。结果表明,浅埋盾构隧道推进过程中会使影响范围内的土体产生部分地层隆起。开挖完成后,桥面中部沉降位移较大,双线开挖最终沉降位移沿横桥向轴线对称分布。桩身纵向位移受影响最显著的是距盾构轴线2 D横向范围内,及沿桩身埋深变化的1. 5 D深度范围内区域。桩身横向位移整体呈大头型"S"分布,浅埋层桩身横向位移显著大于深埋层桩身横向位移; 15 m深度以上范围内的桩身横向位移在左线和右线开挖后的增加量约为1∶1。沿桥梁纵向延伸,桩身的竖向沉降呈现中部大于两端,即"中间大两端小"的分布形式。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

盾构施工参数对地铁穿越公路桥梁桩基的影响

为了提升地铁穿越公路桥梁桩基的稳定性,考察了盾构施工过程中开挖步数、掌子面推力和注浆压力对桩基变形的影响。结果表明,随着开挖步数的增加,桩基横向水平位移与桩身埋深关系曲线逐渐转变为“鼓凸”状,且随着开挖步数增加,桩基横向水平位移呈现逐渐增大的趋势。掌子面推力不会对桩基横向位移造成明显影响,但随着掌子面推力逐渐增大,桩基纵向位移呈现逐渐增大的趋势;随着注浆压力增加,桩体横向位移逐渐增大而纵向位移逐渐减小。在对地铁穿越公路桥梁桩基进行盾构施工过程中,可以通过调整注浆压力来对桩体变形进行控制,从而最大限度的保证桩体的稳定。     

隔离桩对双线盾构近距离侧穿高铁桥梁桩基的变形控制分析

以武汉市轨道交通7号线某盾构区间下穿沪蓉汉高铁桥梁桩基为背景,使用FLAC 3D数值模拟软件建立了双线盾构近距离侧穿高铁桥梁桩基的数值模型,分析了隔离桩对高架桥下地层及桥桩变形的控制效果。研究结果表明:隔离桩可有效隔断土层破裂面的发展方向并减小影响规模,对地表沉降具有良好的控制作用;当桥墩处在双线隧道单侧时,双线隧道开挖对桥桩变形产生的叠加效应是同向的;当桥墩处在双线隧道中间时,叠加效应是反向的,桥桩首先向先施工隧道方向位移,然后向后施工隧道方向位移,设置隔离桩可大幅减少双线隧道开挖对桥桩所造成的叠加效应的影响。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

盾构隧道侧穿高铁桥梁桩基的影响分析与措施

结合国内某城市盾构隧道下穿的实际工程,采用三维有限元数值模拟方法,研究盾构穿越施工对高铁桥梁桩基的影响和控制措施。结果表明：在中风化泥质粉砂岩中,隧道施工完成后,桥梁桩基水平位移背离隧道方向;盾构隧道施工引起桩的最大水平位移为0.24 mm,承台中心最大沉降为0.52 mm,产生的最大附加轴力为230 kN,变形值及桩底承载力满足规范要求,不必对桥梁桩基进行主动加固。结合下穿之前的实际掘进试验,提出了盾构近距离下穿高铁桥梁的施工控制措施。计算结果与现场监测数据基本一致,从而说明模型的合理性。     

深厚软土地基超载预压对桥梁桩基负摩阻力的影响

软土地基上的基桩,由于桩周土的向下运动,土与桩的摩擦增加了桩的下拉荷载,这就是桩侧的负摩阻力,负摩阻力的存在增大了桩基的变形甚至导致破坏。对此,以瓯飞堤穿越深厚软土区大桥群桩基础为工程实例,采用理论计算及三维有限元数值计算手段,分析工程实施过程中附加荷载施加对既有桩基工作环境影响。结果表明:由于负摩阻力的作用,桩身轴力随着深度的增加先增大后减小;桩侧摩阻力沿深度呈非线性变化;位移中性点位于黏土层与圆砾层交界处;群桩中各基桩空间分布不同,附加荷载引起同一承台下基桩-土变形协调存在差异,对桥桩安全监测应具有针对性。     

深圳强风化砂岩地层中盾构下穿桩基的环境效应

依托深圳地铁龙岗线西延段福少区间盾构隧道施工工程,选取无桩、单桩与多桩存在条件下的三个监测断面,对盾构施工过程中的瞬时地表沉降与稳定地表沉降进行数值模拟,并与实测结果进行对比,研究桩基对盾构掘进过程引起的地表沉降的影响。结果表明:监测点距离隧道轴线的距离越近,产生的地表沉降值就越大;桩基所在位置监测点的地表沉降明显大于附近监测点,而多桩所在位置的沉降值在整个区段达到了最大值,且影响范围也更大,此外,多桩区域稳定沉降与瞬时沉降的差值也大于单桩或者无桩情况下的差值。为了防止盾构下穿桩基造成地表沉降过大、桩基失效等不良环境效应,提出了调整盾构掘进参数、跟踪注浆等施工控制措施。     

砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究（双语出版）

针对隧道工程中新建隧道小角度斜下穿既有隧道工程中亟待解决的难题,以西安地铁1号线二期张家村-后卫寨区间左线盾构下穿既有1号线出入段线为工程依托,通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对轨道既有隧道和轨道高差的沉降规律（重点进行对轨道高差的控制）研究。选取土仓压力、注浆压力、注浆量等施工参数,其中注浆量用注浆厚度间接体现,构建三维数值计算模型,并对结果进行分析,依据分析结果给出合理的盾构施工参数建议值,在此基础上进行现场监测,验证给出的施工参数建议值对轨道高差的控制效果。研究结果表明：随着土仓压力、注浆压力的增大,既有隧道的沉降和轨道高差不断减小,当其土仓压力超过0.10 MPa、注浆压力超过0.22 MPa时,既有隧道沉降和轨道高差控制效果不再明显提高;既有隧道沉降和轨道高差随着注浆厚度的增大而减小,其与注浆厚度均近似呈线性关系,因此适当增大注浆范围是控制既有隧道沉降和轨道高差的有效方法;确定的施工参数建议值为0.10 MPa（土仓压力）+0.22 MPa（注浆压力）+0.23 m（注浆厚度）;通过现场监测,既有地铁隧道道床上C,B,G,F四条测线上最大沉降量均在6 mm左右（小于20 mm）,最大轨道高差为1.2 mm（小于4 mm）,均小于规范所要求的控制值,表明以上施工参数建议值对于既有隧道沉降和轨道高差起到了很好控制效果。     

盾构隧道施工对临近桥梁桩基及周围土体影响的模拟研究

该文以某盾构隧道下穿既有机场线桥桩施工过程为研究对象,采用数值模拟的方法对盾构施工造成临近桩基及土体变形的响应进行了研究。重点从桩基与土体滑移情况、盾构隧道与桩基的水平间距、隔离桩的存在与否、盾构掘进的不同阶段4个方面进行建模计算,建立4组共14个模型,分析盾构掘进对既有桩基变形及沉降的影响机理,并对盾构引起周围土体变形破坏(塑性)区演变特征进行了研究。     

砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究

针对隧道工程中新建隧道小角度斜下穿既有隧道工程中亟待解决的难题,以西安地铁1号线二期张家村-后卫寨区间左线盾构下穿既有1号线出入段线为工程依托,通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对轨道既有隧道和轨道高差的沉降规律(重点进行对轨道高差的控制)研究。选取土仓压力、注浆压力、注浆量等施工参数,其中注浆量用注浆厚度间接体现,构建三维数值计算模型,并对结果进行分析,依据分析结果给出合理的盾构施工参数建议值,在此基础上进行现场监测,验证给出的施工参数建议值对轨道高差的控制效果。研究结果表明:随着土仓压力、注浆压力的增大,既有隧道的沉降和轨道高差不断减小,当其土仓压力超过0.10 MPa、注浆压力超过0.22 MPa时,既有隧道沉降和轨道高差控制效果不再明显提高;既有隧道沉降和轨道高差随着注浆厚度的增大而减小,其与注浆厚度均近似呈线性关系,因此适当增大注浆范围是控制既有隧道沉降和轨道高差的有效方法;确定的施工参数建议值为0.10 MPa(土仓压力)+0.22 MPa(注浆压力)+0.23 m(注浆厚度);通过现场监测,既有地铁隧道道床上C,B,G,F四条测线上最大沉降量均在6 mm左右(小于20 mm),最大轨道高差为1.2 mm(小于4 mm),均小于规范所要求的控制值,表明以上施工参数建议值对于既有隧道沉降和轨道高差起到了很好控制效果。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

临水路堤微型桩-承台-挡墙结构受力与变形特性数值分析

微型桩-承台-挡墙组合结构作为一种新型支挡结构,其受力变形特性研究尚不完善。文中结合某临水路堤支挡工程,采用ABAQUS有限元软件建立微型桩-承台-衡重式挡墙加固路堤三维数值模型,模拟该结构各组成部分受力与变形特性,分析不同桩间距、桩排距和填土内摩擦角对微型桩内力与变位的影响。结果表明,墙体整体向外侧移动并向内侧轻微转动,墙底位移大于墙顶位移,土体产生的水平应力主要集中在衡重台附近;承台与微型桩连接处产生明显应力集中现象;微型桩水平位移沿桩身逐渐减小,桩体表现出主动防护作用,在桩顶出现一定范围轴向拉力分布,桩身弯矩呈勺子形,峰值出现在土层分界面处,桩身剪力方向与滑坡方向相同,上部荷载的影响使滑面以上桩身剪力变化很小;合理的桩间距为5～6倍桩径,排间距在5倍桩径时桩身受力情况最好,填土内摩擦角超过30°时桩身受力与变形变化不明显。