盾构隧道衬砌近接桥桩的施工力学响应及影响分析

衬砌结构作为盾构隧道主要承重结构,其受力特性直接决定隧道能否安全使用,运用有限元分析软件模拟不同注浆压力和不同近接距离下盾构隧道施工过程,分析衬砌结构近接桥桩的施工力学响应,结果表明:注浆压力在0.1MPa~0.5MPa范围内,随着注浆压力的增加衬砌管片的最大隆起值和最大沉降值均减小,水平最大正位移值与负位移值均增大,且管片的弯矩与剪力逐渐增大,轴力逐渐减小,其中水平位移与轴力的变化率较大;近接群桩距离的改变,衬砌管片的内力与变形均随着距离的增大而减小,逐渐接近于无桩时的状况,其中管片的沉降最大值与轴力的减少幅度较大。研究结果为类似工程提供参考。     

盾构掘进施工对周边单桩变形影响研究

针对苏州轻轨1号线盾构隧道区间施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构隧道施工对周边单桩变形的影响,结果表明:盾构隧道施工过程中,桩身横向位移在隧道中心位置处最大;盾构切削面距离桩体9 m、6 m时,桩身的横向位移较小;随着盾构机进一步掘进,桩身横向位移全部偏向隧道,桩身位移曲线严重弯曲;当盾构切削面越过桩基3 m后,桩身横向位移变化较小,竖向变形沿桩身变化较小;随着盾构机掘进,其值逐渐增大。当桩长增加时,桩底的横向位移、竖向位移均随之减小,桩长对桩身沉降的影响比较明显。盾构正下方穿越单桩时,桩身竖向位移大于沿隧道轴向位移,桩底与盾构顶部的施工安全距离约为3 m。     

盾构掘进施工对群桩基础变形的动态影响研究

针对苏州轻轨1号线盾构隧道区间施工情况,采用三维有限元数值计算模型,研究了盾构施工对侧边群桩变形的动态影响,结果表明:当盾构机切削面逐渐逼近群桩时,各单桩的隧道轴线处横向位移背离隧道,承台背离隧道发生倾斜;当盾构到达各单桩时,横向位移在隧道轴线处偏向隧道且为最大,承台发生了双向倾斜;当盾构逐渐远离群桩时,各单桩横向位移变化较小,承台的双向不均匀沉降减小。随着盾构的掘进,群桩整体沿着掘进方向移动,桩身沿隧道轴向位移在隧道轴线处达到最大。当群桩基础的桩底位于隧道轴线处和隧道轴线以上时,群桩承台仅仅发生偏向隧道的单向倾斜;当群桩基础的桩底位于隧道轴线以下时,群桩承台则产生了双向倾斜。     

盾构隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

经与离心试验结果对比分析,验证了应用数值模拟研究盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。通过采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立三维有限元数值模型,研究软土地区盾构隧道开挖对邻近桩基的影响规律。数值模拟结果表明,开挖导致群桩中前排桩变形及内力均大于后排桩,且同排桩水平位移、弯矩和轴力沿桩身分布几乎重合;与同位置单桩相比,群桩中各桩水平位移稍大,而沉降则更小;前排桩最大弯矩与同位置单桩相差不大,而后排桩最大弯矩稍大于同位置单桩,前、后排桩最大轴力均大于同位置单桩。     

盾构刀盘扭矩对风化岩地基中邻近桩基的影响

基于地铁盾构施工对邻近某客运站桩基影响的问题,利用FLAC^3D有限元模拟分析软件,通过八种工况对比分析了刀盘扭矩与盾构推力对风化岩地基中邻近桩基的影响。结果表明:刀盘扭矩与盾构推力对桩基的影响呈现不同的规律。刀盘扭矩对桩基的影响规律主要为:盾构刀盘扭矩的存在使得桩身主要产生沿隧道横向的附加弯矩和位移,桩身沿隧道纵向的附加弯矩和位移相对较小;桩身最大弯矩和最大水平位移均发生在隧道中心线附近。与刀盘扭矩的影响不同,盾构推力主要使桩身产生沿隧道纵向的附加弯矩和位移;但桩身最大弯矩和最大水平位移也发生在隧道中心线附近。在风化岩地基中,刀盘扭矩对桩基沿隧道横向的影响是不可忽略的。     

盾构隧道近接穿越对桥梁桩基影响的数值分析

以福州轨道交通1号线盾构隧道近接穿越洗马桥桩基工程为背景,对其施工过程进行精细化模拟,重点关注掘进过程中,邻近桩基位移与弯矩的变化规律。结果表明:桩基横向水平位移呈"双向凹凸"形态,反弯点出现在软硬土层交界面附近,纵向水平位移呈"单向鼓凸"形态,两者最大值均出现在隧道中心高程附近;在近接穿越过程中,桩基横向水平位移呈不断累计增大的趋势,而桩基纵向水平位移则呈先增大后减小的趋势;桩身横向正弯矩最大值出现在隧道中心高程处,负弯矩最大值出现在桩头连结处,桩身纵向弯矩的分布情况与之类似,但绝对值略小。     

盾构掘进坡度对周边桩基础影响的研究

针对苏州轻轨一号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究盾构掘进坡度对双桩承台基础变形的影响。计算结果表明:当隧道纵向掘进坡度发生变化时,左、右桩的沉降值变化比较明显。隧道纵向掘进坡度变化引起双桩承台中左桩水平横向位移比右桩大;双桩承台中左桩的沉降小于右桩,由此导致了整个双桩承台发生单向倾斜。盾构纵向掘进坡度对双桩弯矩的影响均较小,对靠近隧道侧的桩顶轴力影响较大。在施工时应该重点监测桩身的竖向沉降,验算桩身强度,确保桩基础安全,并根据实测和验算结果及时采取相应的加固措施。     

考虑气压效应的浅埋隧道开挖影响解析解答

 基于隧道开挖椭圆化变形模式,针对盾构施工分别考虑气压效应与无气压效应2种工况,提出饱和土中浅埋隧道开挖引起的地层长、短期变形和隧道衬砌内力位移的计算方法。结果表明：椭圆化变形模式下得到的位移曲线与实测值吻合较好,考虑气压效应条件下隧道开挖施工引起的土体变形大于非气压工况,长期影响解大于短期影响解。通过参数调整研究衬砌洞周处位移分布规律时,发现衬砌径向负位移在90°拱顶处达到最大值,在270°拱底处取得最小值,反映了衬砌明显的椭圆化和整体下沉变形趋势,并且随着半径增大以及土体模量减小,椭圆化变形趋势越明显;切向位移值基本以90°/270°隧道中轴线为分界轴,正值取在隧道左半圆,负值取在隧道右半圆,增大半径以及减小土体模量提高了切向位移值的整体水平。通过参数调整研究衬砌内力分布规律时,发现硬土质和大间隙时隧道轴力更容易表现出明显的椭圆化分布趋势,弯矩值随着隧道埋深、隧道半径以及土体重度减小而减小,随着土体侧压力系数k的减小而增大。盾构气压水平的提升,使衬砌轴力受压区范围增幅明显,并使衬砌的正、负弯矩值均增大。分析成果可为正确预估复杂工况下盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

双线盾构长距离穿越深基坑底部对基坑围护侧移及内力的影响

海地铁10号线同济大学站-国权路站双线盾构长距离平行穿越下立交深基坑,穿越距离为630m,隧道与下立交基坑围护净距约2.0 m,施工现场环境复杂,盾构施工可能导致下立交深基坑围护结构发生侧向位移并产生附加内力。采用三维数值方法,模拟分析在基坑底板浇筑与未浇筑等情况下盾构施工对基坑围护结构侧移及内力影响的规律。分析表明:在底板施工后进行盾构施工,盾构施工引起基坑开挖面以上的围护侧移量较少,但底部侧移量变化非常明显;随着围护结构插入深度的增大,盾构施工引起基坑围护底部的弯矩值有增加的趋势;在底板施工完成的情况下,双线盾构穿越下立交基坑将致靠近基坑底板位置处的弯矩值由正弯矩逐渐变为负弯矩。数值计算较好的指导了实际工程的施工。     

边载作用下隔离桩隔离效果的影响因素研究

以港珠澳大桥海底沉管隧道基础沉降控制研究为科研背景,为研究岛头边载作用下隔离桩隔离效果的影响因素,进行了8组室内模型试验,分别研究了隔离桩桩长、桩径、桩间距及隔离桩距减沉桩距离S₁等因素对隔离效果的影响。试验结果表明：减沉桩桩身最大轴力、弯矩随隔离桩桩长的增加而减小,并且当隔离桩桩长达到所需的嵌固深度时,对弯矩的隔离效果非常显著;隔离桩桩径的增加或桩间距的减小不仅提高隔离桩对竖向变形的隔断能力,同时也使得隔离桩之间土拱效应增强,减沉桩桩身最大轴力、弯矩随着隔离桩桩径的增加而减小,随隔离桩桩间距的减小而减小,同时,当隔离桩桩间距达到8D时,对轴力与弯矩的隔离效果可以忽略不计;减沉桩桩身最大轴力随S₁的减小而减小,而S₁的变化对弯矩的隔离效果影响不显著;研究成果可为隔离桩的应用提供较好的参考。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

隧道施工对临近桩基影响的三维数值分析

通过与两阶段分析方法的对比,表明所采用的三维整体数值分析方法能够有效地模拟隧道施工对临近桩基的影响。在此基础上建立三维弹塑性模型,模拟实际的施工过程,从整体上研究黏性土地基中桩–土–隧道三者间的作用特征。计算结果表明：隧道施工对临近桩基影响显著,桩体的变形和受力性态不仅与隧道施工工况有关,而且也与桩基的位置、长度和数目紧密相关;桩基的存在改善局部区域内土体的受力状态,但也加剧此处土体的变形;桩体沿隧道轴线方向的弯矩数值较大且分布曲折,长桩尤为明显;群桩可以显著提高隧道施工过程中桩体的受力性能。     

双隧道不同开挖顺序对临近群桩的影响研究

双隧道不同开挖顺序对临近群桩承载性能的影响鲜有报道。针对此问题,采用基于地层损失比的位移控制有限单元法(DCM),对软土地基中不同埋深双隧道不同开挖顺序对处于工作荷载下群桩工作性能的影响进行研究,并与相关离心模型试验结果进行比较。得到以下结论:双隧道不同开挖顺序对群桩桩顶附加沉降和群桩承载能力损失影响差别显著,当先开挖上覆隧道时,群桩桩顶的附加沉降量为先开挖下置隧道时的1.25倍,且群桩承载能力的损失率约为后者的1.2倍;两工况中第二个隧道的开挖使得群桩中前桩附加弯矩和后桩附加弯矩均有明显的增大,此与分居群桩两侧但埋深相同的双隧道开挖对群桩弯矩的影响规律迥异;两工况下均产生较大的附加弯矩和附加轴力,且最大附加弯矩和最大附加轴力均位于上覆隧道轴线附近。     

盾构施工中注浆压力波动对邻近桩基影响的研究

盾构隧道施工中,沿着掘进方向土体参数存在空间变异性,需要不断调整注浆压力,以保证地应力稳定。这导致在施工过程中注浆压力会围绕设计压力值曲线波动。因此,在模拟盾构隧道掘进施工过程中应该考虑注浆压力参数的波动性对邻近受荷桩基的影响。针对这一问题,结合太原地铁2号线“学府街站—长风街站”盾构区间工程案例,考虑了注浆压力参数的不确定性,用数值模拟方法分析了地铁隧道盾构施工对邻近受荷桩基附加响应的影响。结果表明:考虑注浆压力波动性的盾构施工对邻近受荷桩基附加弯矩的影响较大,对附加轴力的影响相对较小;对附加弯矩的影响大的区域在地表以下0~30 m范围内(约2.5倍隧道埋深),对附加轴力影响较大的区域在隧道埋深附近。通过卡方检验发现,当300组注浆压力满足正态分布时,受其影响后的受荷桩基的附加轴力和附加弯矩也服从正态分布。     

水上基坑开挖对自身围护结构及临近桥桩的#br# 影响规律与改进措施研究

邻近线路深厚淤泥水上基坑项目在我国沿海城市地区日益增多,为确保基坑自身稳定性以及周围建（构）筑物正常使用,急需对围护结构变形及临近桥桩受力特性进行系统研究。文章结合某拟建大桥项目,根据不同水位差和不同开挖间距确定13种模拟工况,系统研究不同工况下基坑开挖对围护结构和临近桥桩的影响规律,重点分析围护结构侧向变形、临近桥桩弯矩和侧向变形。研究表明：随着水位升高围护结构侧向变形逐渐增大,最大侧向变形量达到91.2mm;随着水位差的增加,临近桥桩桩体最大弯矩和侧向变形均逐渐增大,但弯矩增大幅度呈逐渐减小的趋势;此外,随着开挖间距的增大,桥桩桩体的最大弯矩和最大侧向变形均逐渐减小,桩体最大正弯矩出现位置在标高19.5m处。文章结合最危险工况,优化施工方法,对比分析加支撑、加刚度和加支撑及加刚度3种加固方案,提出优先考虑加支撑及加刚度措施来加固深厚淤泥水上基坑开挖施工,研究成果以期可为类似工程提供参考。     

盾构隧道开挖对邻近桩基影响研究

通过采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立三维有限元数值模型,系统研究盾构隧道开挖引起的邻近单桩工作性状的变化规律。数值模拟结果表明,当隧道在距桩轴线0.5倍隧道直径的范围内推进时,邻近单桩水平位移、弯矩、轴力的变化最为明显;当桩端位于隧道拱底深度上方时,盾构隧道开挖对邻近单桩变形影响较大,而当桩端超过隧道拱底深度时,邻近单桩内力受开挖影响较大。