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。     

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。     

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。     

盾构隧道近距离侧穿高层建筑的影响探析

通过建立基于承台单桩的三维有限元模型,研究了盾构隧道穿越高层建筑桩基台的变形和内应力情况,并以此为基础分析了不同土仓压力、注浆压力和刚度折减系数下盾构隧道掘进对桩基性能的影响规律。研究结果表明:桩身与掘进方向垂直方向位移基本可以忽略不计;桩身沿掘进方向时,桩身绕承台沿盾构掘进方向发生挠曲变形;当桩身沿掘进竖直方向时,隧道中心沉降达到最大;由于承台的存在使得桩顶层负摩阻力区慢慢较小,最终成为正摩阻区;土仓压力的增大能告便桩身的位移方向,注浆压力越大,桩顶稳定态的沉降值越小,桩顶承载更多承台荷载;土体卸荷扰动减小,桩身挠曲变形减小,达到稳定状态时随对应的桩顶沉降也就越小。     

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。     

下穿隧道对既有桥梁结构影响的数值分析

依托某隧道穿越立交桥工程,运用MIDAS-GTS数值计算软件对隧道穿越既有桥梁桩基础、桥面、隧道衬砌的变形与内力变化情况进行分析。结果表明:受隧道掘进的影响,该桥梁临近桩基的顶部产生侧向位移与轴力最为明显,分别为4.48 mm、3057 kN;桥面中部沉降最大,为3.87 mm;隧道衬砌的顶部产生的竖向位移最大,为2.98 mm;隧道掘进对既有桥梁各方面的影响均在合理范围之内,满足隧道施工与桥梁运营安全的各项要求。对盾构掘进,提出了有关建议。     

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。     

单线双洞盾构隧道掘进三维有限元分析

针对单线盾构隧道掘进的特点,考虑了材料和几何非线性的影响,基于大型有限元分析软件,建立了结构与围岩连成的三维弹塑性大变形计算分析模型,模拟了盾构机掘进的过程,得出盾构隧道掘进过程中周围土体的变形规律,地表沉降规律及既有右洞对左洞施工产生的影响。因此,本文的研究结果对单线盾构隧道的施工提供了科学依据和重要参考。     

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。     

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。     

小半径近距离盾构隧道侧穿高架桩基影响研究

以上海市轨道交通某盾构区间隧道侧穿内环高架桥桩基为背景,通过有限元数值模拟,分析盾构隧道穿越施工引起的桩基竖向位移、水平位移及倾斜率。研究表明:使用有限元软件模拟盾构穿越施工,可以较好地得到盾构隧道穿越引起的邻近桥桩变形量,以及桩基变形变化趋势;计算结果结合现场实测数据对比表明,在采取可靠措施的前提下,盾构隧道施工引起的邻近桩基竖向变形、倾斜,在桩基变形允许范围内,满足高架桥正常运营要求;小半径盾构隧道施工,需严格控制地层损失率,避免纠偏量过大、过猛。     

大直径盾构双线隧道下穿高铁车站的受力变形研究

针对广州地铁十八号线大直径盾构双线隧道近距离下穿佛莞城际番禺大道站,建立三维地层-结构有限元模型,研究了车站结构和盾构隧道的受力和变形特征,并结合现场监测数据进行对比。研究结果表明:车站结构及隧道变形计算结果均小于规范限值,车站地连墙、底板弯矩增量稳定;实测车站结构沉降和水平位移最大值均发生在盾构双线施工完成,并与有限元计算结果接近;双线盾构的掘进对车站侧墙、抗拔桩和隧道水平位移的影响主要发生在左线掘进过程中;车站结构的内力和变形的变化趋势与盾构施工密切相关,右线、左线盾构依次掘进对车站底板沉降影响具有叠加效应。研究结果可为大直径盾构近距离下穿建筑物受力变形影响分析提供参考。     

盾构掘进参数对下穿既有车站变形影响分析

为保证既有车站结构安全以及地铁正常运营,结合天津地铁某盾构隧道近距离始发下穿既有地铁车站的工程实例,采用理论分析、数值模拟和监测数据验证等方法分析地层在有无预加固边界条件下,盾构在下穿过程中掘进参数对既有车站结构的变形影响,同时对结构变形监测数据进行分析。结果表明:1)通过控制盾构掘进参数,合理设定掘进力、壁后注浆压力有利于控制既有车站变形; 2)在盾构隧道与既有车站的夹层进行预加固,是控制既有车站结构变形的有效措施。     

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。     

盾构隧道施工对邻近立交桥桩基位移及应力影响分析

以某隧道工程下穿高架桥为研究对象,分析了隧道开挖对邻近桥梁桩基的位移、剪力和弯矩等的影响规律。结果表明:隧道开挖对桩基的横向位移和纵向位移影响较小,最大横、纵向位移均小于规范规定的4 mm;桩基离盾构开挖面越远,受到的影响越小;隧道掘进过程中对桩体的轴力、剪力和弯矩影响较大,因此,在隧道施工过程中应对邻近桩体采取一定的加固措施以保证施工顺利推进。     

地铁盾构隧道弯矩和变形控制值研究

为评估紧邻基坑施工对地铁盾构隧道结构安全和运营安全的影响,需确定盾构隧道结构的弯矩和变形控制值。以广州地铁一号线黄沙车站地铁上盖基坑工程为背景,首先,根据盾构管片尺寸、配筋和接头螺栓情况,计算盾构隧道管片的弯矩控制值,评估依托工程盾构隧道结构的应力水平;其次,通过等效轴向刚度模型理论和简易接缝张开量计算方法,分析盾构隧道纵向变形曲率与管片环缝接头张开量的关系;然后,结合地铁盾构隧道保护经验和管片环模型试验结果,提出盾构隧道变形的控制值;最后,通过依托工程地铁盾构隧道结构的三维变形实测数据分析,评估目前盾构隧道结构的安全现状,并对隧道变形的监测工作提出建议。研究成果可为今后类似工程地铁盾构隧道的安全保护提供指导。     

城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响研究

为了探究城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响,以某实际工程为例,采用Midas/GTS有限元软件建立了三维模型,并就新建桩基施工对既有盾构隧道的位移和受力影响进行了分析。研究成果表明,第一,桩基周围土体会因桩基施工扰动而产生以沉降为主的变形,桩周3.0倍桩径范围内土体受影响最大,且地层变形在竖向呈倒"V"型分布,距离地表越深,桩基施工引起的地层变形范围越小,变形程度也越轻;第二,桩基施工引起的既有盾构隧道管片变形以沉降为主,且最大沉降值为1.82 mm,出现在隧道顶部;其最大收敛变形出现在纵向,两条隧道的最大收敛变形值分别为0.49和0.83 mm;第三,新建桩基施工引起的管片轴力和弯矩增量分别为1.6%和3.5%,可见,埋深越大,桩周土体的约束力越强,这对隧道具有很好的保护作用。     

地铁盾构区间隧道近接下穿综合管廊影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有综合管廊时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有综合管廊产生附加应力和变形,威胁结构安全。为了研究盾构隧道下穿过程中对既有综合管廊的影响,探索不同穿越交角下既有管廊的变形规律,采用三维有限差分法进行模拟,分析盾构隧道施工过程中既有综合管廊的沉降变形规律、地基加固对管廊沉降的控制效果及不同下穿交角对既有综合管廊沉降的影响。计算结果表明：既有综合管廊在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大,进行地基加固后能够有效减小既有管廊的沉降变形。当下穿交角较小时,既有综合管廊沉降变形增大。通过本文的研究,可以为类似工程提供指导。     

四线叠交小间距盾构隧道下穿桥梁沉降控制案例分析

为解决四线叠交小间距隧道下穿老旧桥梁的沉降控制问题，依托南宁市轨道交通1、2号线区间叠交隧道下穿老旧朝阳溪桥工程，通过数值模拟对朝阳溪桥的变形沉降及管片内力变化规律进行研究，并通过监测数据验证数值模拟及加固措施的有效性。针对实际工程特点，提出钢板围堰导流、旋喷桩加固河床、袖阀管加固桩基、临时支撑系统以及盾构掘进参数控制的措施，确保四线叠交小间距盾构隧道安全下穿朝阳溪桥。研究结果表明： 1）未采取措施前，四线叠交隧道掘进将对桥梁的稳定性造成较大影响，桥梁基础严重倾斜，且会造成隧道管片压溃； 2）朝阳溪桥年代较久，受力结构体系复杂，对地层扰动敏感，应对朝阳溪桥基础进行包裹式注浆加固及旋喷桩+混凝土板护底的河床硬化，确保超浅埋四线盾构隧道安全通过朝阳溪桥，同时防止河流冲刷引起隧道上方覆土流失。     

小曲率半径盾构隧道施工中辅助油缸千斤顶推力计算模型研究

在小曲率半径隧道盾构掘进施工时,千斤顶推力的作用会导致管片发生偏移和错台,从而引发安全事故的产生。为有效解决小曲率半径盾构隧道施工过程中由于千斤顶推力而对管片造成的不利影响,通过分析双模盾构机的掘进模式,建立了盾构隧道在掘进开挖过程中的辅推油缸千斤顶推力的计算模型,并将其应用于工程实践,对千斤顶推力进行计算分析,提出了减少或避免千斤顶推力对管片造成的不利影响的相关措施。研究结果表明：（1）双模盾构施工过程中,不同施工区间的辅推油缸千斤顶推力的取值有所不同,应根据工程实际情况确定该推力值。（2）单模盾构施工过程中,辅推油缸千斤顶推力随着贯入度的增大而增大,且增大速率呈逐渐减小的趋势。（3）提出依次从施工纠偏、管片拼装控制、掘进参数合理选取、盾构机姿态控制、盾构机推力控制、隧道纵向刚度的设置和管片质量等来控制和减小千斤顶推力对管片造成的不利影响,保证盾构施工的安全性,为类似工程的建设提供理论指导和参考。