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。     

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。     

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。     

土-岩复合地层盾构掘进对桥梁变形影响分析

依托深圳地铁11号线宝安—碧海湾区间盾构穿越桥梁桩基工程,采用FLAC3D有限差分软件研究土-岩复合地层盾构近距离掘进对桥梁桩基础、桥面的变形影响规律及影响范围,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道施工对周围地层的影响可划分为塑性破坏区、弹性区和无影响区3个区域;盾构隧道掘进引起的桥面沉降较大,盾构对桥面变形的影响范围为盾构掘进面距桥面为-5D~4D;位于2条隧道之间的桥梁桩基受到2条隧道的影响,桩身竖向位移较大,且最大竖向位移位于桩顶;位于隧道侧方的桩基,盾构施工引起的X方向水平位移值较大,且施工对其影响范围也更大,具有一定的滞后性。     

群桩效应对砂土地基中高桩承台群桩基础抗震性能的影响

针对我国广泛使用的高桩承台群桩基础,基于一组砂土地基中桩柱式基础的抗震试验数据和分析模型,建立了合理的高桩承台群桩基础Pushover分析有限元模型,分别研究在峰值和极限状态时,不同桩基自由长度和不同砂土密度条件下,群桩效应对高桩承台群桩基础整体峰值抗力和变形模式、桩顶水平剪力分配、桩身截面弯矩分布、桩身水平变形和曲率分布的影响,并讨论自由长度和砂土密度对群桩效应的影响。结果表明:群桩效应使基础峰值抗力降低;使峰值状态时承台和桩身水平位移增加,承台转角减小,而对极限状态时承台和桩身水平位移以及承台转角的影响主要依赖于自由长度大小;群桩效应对桩基剪力分配的影响较小;群桩效应对桩身分布弯矩峰值影响较小,但是对弯矩沿桩身的分布和桩身分布曲率峰值影响很大,且这种影响对于后排桩最大,中排桩次之,前排桩最小,自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。     

既有盾构隧道在桩基沉降场中的变形分析

文章基于推广后的剪切位移法和双参数弹性地基梁模型,对地铁周边桩基础承受竖向荷载时隧道的纵向沉降曲线进行了推导,并采用Midas有限元软件对理论结果进行数值模拟验证,结果表明理论结果具有一定的合理性。此外,还研究了单桩、群桩情况下盾构隧道纵向沉降曲线的影响因素,包括桩径、桩隧净间距及群桩桩间间距等,为桩基础近接盾构隧道施工提供了理论支持。     

地铁盾构施工对邻近建（构）筑物桩基的影响

以广州地铁18号线盾构隧道下穿办公楼及商业裙楼桩基群为工程背景,针对盾构隧道掘进穿越过程对桩基的变形影响进行了研究。通过获取现场实时监测数据,重点研究了盾构隧道与桩基距离对桩基变形的影响,并结合三维数值模拟开展了深入分析。研究结果表明:隧道开挖会使桩基在水平方向上发生侧移以及倾斜,桩基的整体位移会向着靠近隧道侧以及隧道掘进的反方向发展,桩基的倾斜随盾构施工的进行不断增加;隧道穿越桩基群施工时,先建隧道对后建隧道产生的土体变形的传递起到阻隔作用。     

盾构近接下穿群桩基础施工影响分区研究

结合国内外隧道近接施工理论与相关规范,定义了盾构下穿桩基的单桩应力扰动度和单桩变形扰动度,确定了单桩应力扰动度阈值和单桩变形扰动度阈值,从而建立了综合考虑桩基应力扰动和变形扰动的近接施工影响分区方法。在此基础上,依托广佛环线沙堤双线盾构隧道近接下穿佛开高速公路桥梁群桩基础工程,采用数值模拟手段对盾构近接桥梁群桩基础施工产生的扰动进行了分区定量评价,并对扰动较大的桩基进行了受荷特性分析。结果表明:在硬岩段且埋深较大的盾构施工对桩基变形扰动较小,应力扰动较大;距隧道轴线越近,近接施工产生的扰动越大;深嵌于硬岩中的新桥桩基具有较强的抗扰动能力,而持力层较弱的旧桥桩基受到的扰动较大;在先左线后右线下穿施工的情况下,距离右线隧道较远而距左线隧道较近的桩基在右线隧道施工完成后,扰动度有不同幅度的降低;综合考虑桩基应力扰动和变形扰动的分区方法有较强的实用性,可为盾构近接施工对群桩基础的影响提供合理定量的评价指标。     

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。     

基坑围护SMW工法桩施工对下卧盾构隧道变形影响分析

以苏州星港街隧道从上部近距离穿越地铁1号线盾构隧道工程为依托,对SMW工法桩围护加固过程中下卧盾构隧道变形监测数据进行分析,探讨基坑围护加固过程中下卧地铁盾构隧道结构的纵横向变形规律。分析结果表明,盾构隧道变形与SMW工法桩桩施工扰动、施工机械荷载有关,SMW工法桩施工期间下卧盾构隧道逐渐下沉,尤其是隧道两侧工法桩施工阶段下沉速率较大,隧道正上方施工期间隧道变形很小,围护加固结束后隧道变形稍有回弹;加固区内盾构隧道受影响比加固区外大,盾构隧道在横断面上呈竖向压缩、水平方向伸长状态,隧道变形轮廓为长轴近水平方向的椭圆。     

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。     

软土盾构超近距侧穿桥墩桩基的变形传递分析

依托于某盾构连续穿越高架桥工程,利用有限元数值模拟研究盾构超近距离穿越对高架桥墩的影响,并从结构变形传递角度揭示其倾斜机理,最后结合实测对施工控制效果进行总结.研究结果表明:(1)盾构穿越时,墩身沿高架桥方向的倾斜(纵向倾斜)向远离隧道方向逐渐增加,而垂直于高架桥方向的倾斜(横向倾斜)则沿盾构掘进的反方向先增后减;(2...     

盾构隧道受上方地下空间开挖荷载的影响分析

利用有限元软件MIDASGTS建立的三维有限元模型模拟下方盾构隧道的竖向和水平方向变形过程,以及在地下室和覆土荷载作用下的隧道变形增量、转换梁和连接板竖向变形、保护桩竖向和水平方向变形增量等,结果表明盾构隧道处于中风化岩层产生的变形增量约为其处于强风化岩层的13;增大转换梁刚度可在一定程度上减小盾构隧道和转换梁在上方荷载作用下的变形量;在基坑开挖和地下室施工全过程,盾构隧道的轴力和弯矩均处于较低受力水平,结构安全性未受影响。     

软土地区盾构掘进引起的深层位移场分布规律

 在城市环境中,如何预测和控制盾构掘进引起的地层移动以保证地下既有构筑物的安全,是设计和施工亟待解决的技术问题。以上海某盾构隧道施工段为工程背景,应用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究盾构掘进施工引起周围地层位移场的分布规律。研究结果表明：盾构掘进对周围地层位移场的影响主要分为接近、穿越和远离测孔3个阶段。在盾构掘进接近和穿越阶段,隧道侧向土体以隆起、沿盾构掘进方向向前和向隧道外侧的位移为主;在远离阶段,侧向土体则发生沉降、向前和向隧道内的三维运动趋势。由于该工程隧道埋深大,隧道中心上方土体主要发生沉降和向前的位移趋势。根据数值计算所得隧道上方不同深度土层的横向沉降槽曲线,建立用于预测隧道上方深层土体沉降的修正Peck公式,计算结果与数值结果吻合较好。     

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。     

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。