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。     

桥桩施工对邻近既有地铁隧道影响研究

运用MIDAS GTS NX有限元软件模拟桥桩施工对既有地铁隧道结构的变形影响,并与实测值作对比,探究了桥桩施工工况下对邻近既有地铁隧道的变形影响程度。通过运用控制变形的方法,研究了有无钢套管、桩-隧相对位置、桩-隧水平净距、桩径4个因素分别引起的邻近地铁隧道的受力变形规律。研究结果表明:利用软件模拟计算得到的隧道竖向位移要大于实际监测值;有钢套管的桥桩施工对邻近既有地铁隧道的影响较小;桥桩越长、桩径越大对既有地铁隧道影响就越大;桩-隧水平净距越大,邻近既有地铁隧道产生的变形就越小。     

钢套管施工对地铁隧道影响分析及变形控制研究

为了减小钢套管施工对地铁隧道变形及位移的影响,施工前需对钢套管的旋进过程进行分析。通过数值模拟得到对隧道影响较大的旋进深度和不同旋进深度下作用于钢套管的最大机械下压力,以此下压力配合旋压机械上的油压表来严格控制钢套管的旋入过程。现场实测结果表明：当钢套管旋进到隧道水平轴线以下时,管内土柱达到临界高度并发生闭塞,从而挤压套管下部土体,导致隧道上浮、偏移,并产生椭圆形变形。为了严格控制施工期间隧道的变形量及位移量,本文提出在隧道旁打设应力释放孔来减小钢套管旋进时对隧道的挤压影响,或选择合理施工顺序来减小超孔隙水压力对地铁隧道的影响。     

桥桩钢套管施工引起地铁隧道纵向变形计算研究

依托杭州某桥梁试桩邻近地铁隧道建设工程,建立桥桩钢套管施工简化力学模型,提出考虑套管分节施工特点与挤土效应影响的全套管灌注桩施工附加力的修正计算公式。同时,基于Mindlin应力解和两阶段分析法,求解桥桩施工引起的既有隧道附加应力与纵向竖向变形,并进一步分析桥桩施工全过程的动态影响规律。得出以下结论：(1)引入土塞高度折减系数和区段修正分别对桩端压力、桩侧径向压力和桩侧垂向摩阻力进行修正,更符合桥桩钢套管施工附加力的分布规律。(2)桥桩钢套管施工引起地铁隧道纵向变形的理论计算结果与实测数据对比验证较为吻合。(3)随着桥桩钢套管施工深度的不断增加,既有隧道先小幅隆起而后沉降变大,随后趋于平稳,且纵向沉降区进一步扩大。施工到达隧道埋深附近时引起隧道隆起最大,隆沉交界点位于隧道底部1.5D深度范围。(4)桩侧垂向摩阻力是引起既有隧道变形的关键性因素,并随施工深度增加而影响扩大;桩端压力在施工远离隧道埋深一定范围后影响减弱;桩侧径向压力对隧道竖向变形的影响甚微。(5)桥桩施工全过程中不仅要关注隧道最大竖向变形的发展,而且要留意随施工深度改变产生的隧道纵向隆沉变化以及管片纵向错台变形。     

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。     

大厚度湿陷性黄土地层浸水条件下承载桩基对近距隧道的影响研究

 承载桩基对近距隧道具有明显的附加荷载作用,对于水敏性的大厚度湿陷黄土地层其影响更加明显。为系统研究桩基对近距隧道的影响,基于改进的离心浸水试验系统开展考虑不同桩端荷载、不同桩距比和不同地层浸水厚度影响下,承载桩基对近距隧道影响的离心模型试验。试验结果表明：(1) 桩基附加荷载致使衬砌结构受力重分布,桩周土体对荷载传递具有削弱作用,桩端荷载越大,削弱作用越明显;土层浸水降低了其承载力,加剧了桩–隧间的荷载传递作用;随桩距比增大,桩基对隧道影响逐渐减小。(2) 桩端荷载较小时隧道弯矩变化均匀,随荷载增加隧道向桩基方向发生扭曲,荷载进一步增加,隧道扭曲作用加剧;桩距比较小时,增大桩距比对弯矩变化影响减弱较明显,随桩距比增大,进一步增加桩距比对弯矩影响逐渐减小;土层浸水厚度较小时,受桩周土体的荷载削弱作用,桩基对隧道的影响较小,随浸水深度的增加,桩周土体承载力减弱,桩基对隧道的影响随之增加。(3) 桩距比为1时,随桩端荷载的增加隧道最大下沉值达到16.7 mm,水平位移达到3.2 mm,随桩距比增加,隧道下沉和水平位移值均减小;随浸水厚度减小,隧道整体位移也减小,地基浸水导致的隧道位移主要表现为下沉,且浸水深度对隧道位移的影响弱于桩端荷载和桩距比。     

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。     

先后掘进盾构间距对下穿既有立交桥桩基影响分析

文章以合肥地铁2号线盾构穿越五里墩立交桥群桩为研究背景,分析双线隧道盾构掘进间隔距离对地表沉降与群桩桩基的影响。研究表明:盾构掘进引起的地表沉降呈现"W"型,先行掘进施工所引起的地表沉降较大,且最大沉降点逐渐向后偏移;随着间隔距离的增大,处于两隧道之间的桩基竖向位移逐渐减小,水平位移略有增大,先行隧道中心沉降数值比后行隧道所产生的沉降大6%～17%,当隧道间隔距离大于6倍隧道直径时,地表沉降和桩基变形趋于稳定。     

基于Midas GTS对某隧道硐室施工的数值模拟分析

以吉林省舒兰市某隧道工程为例,运用Midas GTS有限元软件对隧道的施工过程进行了模拟分析,研究结果表明：随着隧道的不断开挖,隧道拱顶及其上覆岩土体逐渐发生沉降,且距离拱顶越近的位置,其沉降值越大,地表受隧道开挖影响而引起的沉降范围约为10倍的隧道跨度,隧道硐室底面的岩土体则随隧道开挖而产生向上的隆起位移,最大隆起位置位于硐室底面中心处,隧道衬砌结构在施工过程中所受的最大剪力与弯矩分别位于隧道的拱肩和拱顶位置。通过模拟分析得出此隧道施工过程中的变形及受力特点,可为相似的隧道工程设计、施工以及预防措施等方面提供一定的参考。     

盾构隧道旁穿建筑物地层沉降的数值模拟分析

某双线盾构隧道近距离旁穿一幢12层高层建筑,为合理评估隧道施工对建筑物的影响,进行了考虑盾构动态施工及排桩加固的的远端(左线)、近端(右线)以及双线均开挖后隧道横断面及建筑物沉降的FLAC3D数值模拟分析,并对工程现场进行了沉降实测。数值模拟和实测结果表明:不采取加固措施,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为5.2 mm,最大水平位移达25.8mm;基地土体出现拉剪破坏;数值模拟分析结果与现场实测结果较为一致;若采用排桩加固,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为2.4 mm,最大水平位移不足10mm,基地土体未出现拉剪破坏;排桩加固能有效降低围岩变形及地表沉降,有利于建筑物的保护。     

塑料套管混凝土桩加固公路软土地基现场试验研究

根据某一高速公路塑料套管混凝土桩加固软土地基工程实例,对桩土应力、地表沉降、横向位移、不同深度孔隙水压力进行观测,讨论了塑料套管混凝土桩桩承式路堤的工作机理。结果表明：塑料套管桩加筋路堤的临界高度约为1.26倍桩净距,观测期末,荷载分担比接近89%;桩帽和桩间土最大差异沉降为30 mm左右,且应力集中比随着差异沉降的增大而线性增大;路堤堤脚附近不同深处横向位移随着路堤填筑高度的增加而增加,施工结束时,地表以下2.5 m处横向位移最大,为12.86 mm;横向位移-沉降比和横向位移增加率随着路堤填筑高度的增加逐步减小并趋于稳定,塑料套管混凝土桩加筋路堤系统能够有效防止路堤横向位移的发展和改善路堤的整体稳定性。     

深基坑开挖对邻近地铁隧道影响数值计算分析

基于招商银行深圳分行大厦深基坑开挖工程,考虑隧道衬砌与土的相互作用,采用ABAQUS数值模拟研究了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响。计算分析结果表明：基坑开挖对邻近地铁盾构区间产生一定影响,但影响程度较小,沉降与位移值均在规范要求范围之内;地表沉降、隧道衬砌位移随基坑开挖深度加深逐渐变大,在内支撑间距离较大时,沉降与位移增加速率较大;考虑衬砌与土的相互作用,隧道的水平位移值明显低于支护桩,基坑开挖对大直径管道影响计算分析中,应考虑管-土的相互作用。     

隧道开挖对周边既有桩基变形影响研究

基于三维有限元程序ABAQUS,分析由于隧道开挖引起的不同位置处的桩基水平位移及桩头沉降特性,数值模拟结果表明:由于隧道的开挖,桩身上部会产生往隧道侧移动的变形,而在桩身底部会产生反方向的位移,从而在桩身上形成P—Δ效应;桩头沉降值及桩身最大水平位移随着桩—隧水平距离的增大逐渐减小,当隧道开挖中心位于桩底处时,允许的最小安全桩—隧水平距离S大致为2倍隧道直径D;隧道轴线处于桩基上部时有利于减小桩基附加变形,当桩—隧水平距离S=1.5D时,允许的最小安全桩—隧竖向距离H大致为0.5D。     

注浆施工过程对既有桩基变形影响的有限元模拟研究

隧道下穿建筑物时,注浆加固过程可能会对建筑物桩基产生不利影响。文中依托深圳某盾构隧道下穿建筑物注浆加固项目,通过PLAXIS 3D有限元软件模拟了袖阀管注浆过程对桩基产生的影响。结果表明桩的水平位移随注浆压力增大而增大,但桩的竖向位移随注浆压力增大而减小;注浆过程对土体扰动后,建筑物周边棱角处出现最大沉降,其值为2.5mm,桩的最大沉降为2.32mm。     

盾构施工对自由单桩受力性状的影响

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,研究了盾构施工对不同边长桩身的影响。计算结果表明:随着桩身边长的逐渐增大,盾构施工引起的桩身最大横向位移、竖向位移均逐渐减小,桩身最大正、负弯矩则逐渐增大,但桩身轴力、桩底和桩顶处弯矩则变化较小。最大负弯矩均发生在隧道轴线位置处,最大正弯矩则均发生在桩顶下6m处。盾构穿越正上方单桩时,在桩身边长逐渐增大的情况下,桩身受拉的长度及弯矩也逐渐增大,但盾构施工引起的单桩上部轴力则逐渐变小。整个桩身全部为负弯矩,且最大负弯矩均在桩身中点附近。     

隧道盾构施工旋挖桩隔离效果分析

为分析隧道盾构施工时旋挖桩对减少邻近建筑物位移的效果,以苏州地铁4号线工程苏州火车站站至北寺塔站区间的一栋三层框架结构为例,对隧道盾构施工过程中的地表沉降进行了实测,并采用有限元软件ABAQUS建立三维弹塑性模型,模拟了隧道盾构施工过程中在有无旋挖桩隔离两种情况下该建筑物的水平和沉降变形,对两种情况下建筑物的变形进行了对比分析。分析结果表明,隧道盾构施工过程中,旋挖桩能有效地隔断桩内外的地表变形,明显减少盾构施工引起的邻近建筑物沉降。相对于无旋挖桩隔离,有旋挖桩隔离时建筑物的柱底水平位移减少56.2%左右,竖向沉降位移减少67.6%左右。     

无衬砌隧道压力拱的变化规律

结合衬砌与围岩的相互作用,分析无衬砌隧道开挖后压力拱的形成过程,根据隧道衬砌后应力位移的分布规律来研究衬砌施工时间对隧道压力拱的影响,得到如下结论:隧道开挖后,不进行衬砌施工,应力重新分布后顶部水平应力和侧边垂直应力增大,顶部垂直应力和侧边水平应力减小;随着时间的发展,形成的压力拱的垂直外界基本不变,垂直内界逐渐减小,水平内外界逐渐减小,压力拱拱体内最大应力均逐渐增大;隧道围岩较好时,衬砌时间选在稳定压力拱形成的时间,而围岩较差时,衬砌时间选在隧道压力拱开始形成的时间。     

地铁隧道下穿桥梁桩基托换力学行为与参数研究

以深圳地铁7号线黄木岗站区间隧道穿越华强立交桥桩基为工程背景,分析了隧道穿越桥梁下方桩基时的主动托换和被动托换的荷载转换、桩基沉降规律及主动托换时不同设计参数对桩基沉降的影响规律。结果表明:托换梁的挠曲变形是桩基沉降的主要因素,主动托换时千斤顶的顶升作用可有效抵消托换梁的挠曲变形,其托换效果优于被动托换;主动托换时,顶升位移为1.68mm时为最佳截桩位置,此时截桩能有效减小托换工艺对桥梁上部结构影响;在一定范围内,托换结构的桩长越长、桩径越大、梁高越高,被托换桩顶处竖向位移差越小,梁宽对位移差的影响程度不明显。     

新建高铁隧道近接下穿既有公路隧道施工方案研究

郑万高铁重庆段巫山隧道下穿既有渝宜高速岳家岭隧道,公路隧道路面距铁路隧道拱顶最小距离为17.3m,为保证既有隧道在施工期间的运营安全,采用数值模拟的方法对下穿段施工工法进行了比选研究.研究结果表明,在新建铁路隧道采用中隔壁法和双侧壁导坑法开挖施工后,既有公路隧道路面最大沉降分别为7.8mm和7.5mm,均满足沉降评价标准,且下穿后既有公路隧道衬砌结构安全系数也均满足相关规范要求;采用双侧壁导坑法施工时,铁路隧道初期支护和临时支护均满足规范要求,采用中隔壁法施工时,铁路隧道的初期支护可以满足规范要求,但临时支护安全系数不满足规范要求,故将原设计I18型钢钢架变更为双层I18型钢钢架或I25a型钢钢架,以增大中隔墙承载能力.