地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究

1、地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究摘要:针对城市地铁新建隧道近接既有民房桩基的工程情况,进展了三维有限元数值模拟的施工力学行为研究。研究结果说明,近接桩基施工将引起新建隧道自身构造特别是与既有桩基近接一侧边墙,有不利的受力状况和变形特征。因此,需要采取加固措施,以确保隧道自身构造以及近接建筑物的平安。本文研究对城市地铁隧道的近接施工,有一定参考价值。关键词:盾构隧道;近接施工;既有桩基近年,由于土地价格上扬,城市土地用地缺乏等,重叠隧道工程等建立中遇到了相类似的问题,给设计城市急剧向郊区扩大,土地高度利用化,而近接既有地和施工带来了极大难题。下构造物进展近接施工的工程,大量涌现。因此在这种

2、情况下,最主要的问题是施工中对既有构造物的影响问题以及自身近间隔 施工时的影响问题。概括讲,如何把对环境的影响减少到最低限度,是地下建筑物在近间隔 条件下施工的核心问题。这一新动向和新问题,目前已经引起了地下工程界和岩土工程界甚至包括地铁承包商在内的广泛重视。在日本,已将近间隔 条件下地下构造施工定义为“近接施工影响问题1,并且给以高度重视。在我国,随着近年来城市地铁交通事业飞速开展,已先后在北京、上海、广州的地铁一号线、广州地铁二号线以及目前在建的深圳地铁一期近期的近接工程与过去的比较,不仅工程规模大,而且与既有地下构造物的间隔间隔 更小,例如,在建的深圳地铁一期工程天虹岗厦区间隧道,在左线

3、里程K6+784.155处,与民房桩基近接间隔 仅为0.31,如图1所示。可见,近接施工影响问题已变得非常严重。为了确保近接施工中,新建盾构隧道自身构造的平安稳定,以及施工期间对既有构造物的影响减少到最低限度,本文将针对深圳地铁一期工程天虹岗厦盾构区间隧道与民房桩基互相近接的施工力学行为,从整体上包括新建盾构隧道、近接桩基以及上至地表环境,进展数值模拟研究。1工程地质概况根据工程地质描绘,天虹岗厦区间地处宽阶地、冲积平原,地形平坦稍有起伏。工程勘测范围内自上而下围岩组成为:第四系全新统人工堆积层Q4l(由粉质粘土的素填土组成)、冲积层Qal4,(由淤泥质粉质粘3土组成)、第四系残积层Qel、及

4、下伏燕山期花岗岩r5(由砂质粘性土及全风化花岗岩组成)。从整体上看,本区段地质构造相对简单,无明显不良地层,围岩分类为III类。2盾构隧道近接既有地下桩构造的空间计算2.1建模情况(1)最不利工况确定根据设计施工图资料,可确定出盾构隧道近接既有地下桩基(民房桩基)施工时的最不利工况,在左线里程K6+790处,与民房桩基近接间隔 仅为0.31,如图2所示。因此,新建盾构隧道近接既有地下桩基的三维弹塑性数值计算将针对这种工况进展。图2盾构隧道近接桩基最不利工况模型(近距0.31)(2)模型考虑在建模中,为保证计算的准确性,对混凝土管片构造选用了等参8结点空间板壳单元,对于周边围岩体选用了等参20结

5、点三维实体单元进展模拟,而对于福华新村1栋楼(K6+790)桩基,那么选用了三维梁杆单元进展模拟。在隧道和桩构造周边围岩体采用了细密单元,见图2所示。本次计算采用通用大型有限元软件ANSYS进展数值分析,以期获得理想效果。(3)计算参数针对深圳地铁一期工程勘测围岩自上而下的地质情况,将其综合归并为4层材料性质的岩土体,进展研究。即地表浅层Q4l(地层号)、地中中层Qal和Qel334(地层号)、隧道周边Qel和r5(地层号)及底部r5(地层号)。需要指出,这4层材料参数确实定,是根据对其组分按厚度进展加权平均的处理方法而获得。对于混凝土管片构造,选取50材料参数,考虑到接头影响以及拟定采用的错

6、缝拼装方式,将管片的刚度折减系数分别确定为0.75、0.85两种情况。而对于地下桩基,根据现场实际确定为25,所有力学参数列于表1。表1盾构隧道近接既有地下民房桩施工时的计算参数注:3为管片错缝拼装的刚度折减系数。2.2计算分析力场,形成“毛洞状态时,围岩载荷释放率为25%,管为了说明地下桩基与盾构隧道互相近接的影响,片支护后,围岩载荷完成释放率为75%;如图3所示。需要完成以下3方面工作:(1)模拟施工过程,假定隧道开挖初期自重地应影响施工力学行为进展研究;(2)分别针对无桩和有桩两种条件下,构造互相折减系数=0.75或0.85分别进展计算。2.3隧道近接福华新村桩基情况2.3.1内力影响因

7、素分析从整体上看,对盾构隧道构造平安产生重大影响的仍然是横向内力及其变化,而不是纵向内力及其变化,通过比较盾构隧道管片最大横、纵弯矩值及其相应轴力,如表2、表3所列,可以更清楚看到这一点。2.3.2构造受力状况分析(1)从整体上看,有桩作用条件下,所获得最大弯矩均比无桩情况下一样位置计算结果要高,而对应轴力那么相差不多,这意味着在有桩作用条件下,构造平安度呈现出降低的趋势;(2)从发生位置看,在有桩作用条件下,最大正负弯矩值,均出如今与桩基近接一侧的隧道管片边墙位置;(3)进步刚度折减系数,构造的内力,呈现出一致性增大的趋势;不过相对来看,弯矩的增加更明显一些,而轴力可近视为“不变。图3模拟盾

8、构隧道施工的整个计算过程村民房桩基净距仅为31,因此对近接桩基一侧隧转贴于论文联盟.ll.(3)考虑可能采取错缝拼装方式,选取管片刚度道受力状况造成了不利的影响,从加强构造的重点看,应当更关注近接桩基一侧的隧道边墙。表2近接民房桩基(=0.75或0.85),无桩和有桩两种条件下,隧道最大横向内力比较表3近接民房桩基(=0.75或0.85),无桩和有桩两种条件下,隧道最大纵向内力比较2.3.3近接施工引起群桩的程度变形如表4所示,近接隧道施工引起的福华新村群桩程度变形情况,从中可得到以下认识:得到桩基沿程度方向的最大“拉伸变形为4.04。(1)隧道近接桩基施工时,产生了明显的较大侧加固的群桩范围

9、达4;假设以3受拉变形为控制指向“拉伸变形;其中当隧道与桩基近距为0.30时；(2)考察不同近距情况下桩基侧向变形,可以得到以下范围,假设以2受拉变形为控制指标,那么需要那么需要加固的群桩范围约1.8。(3)考虑到施工时产生的较大扰动,争取对福华新村近距1.8范围内的加固措施。表4近接隧道施工引起的群桩(以=0.75为代表)2.3.4近接群桩施工引起的地表沉降图4为刚度折减系数0.75时,地表沉降大于3结点矢量图,考察其覆盖范围,获得沉降槽最大宽度为25.32,其中桩基一侧为15.2;而另一侧占10.12。以招标文件规定地表沉降允许值3为控制基准,那么需要采取措施控制地表沉降的宽度范围为25.

10、32。图4隧道近接桩基施工时,地表沉降超过3范围及幅值3结论(1)与无桩情况相比较,近接桩基施工将引起新建隧道自身构造,特别是与既有桩基近接一侧边墙不利的受力状况。详细表现为,有桩作用条件下,所获得最大弯矩均比无桩情况一样位置的计算结果要高,而相应轴力那么与无桩情况的一样位置计算结果相差不大,这意味着,在有桩作用条件下,构造的平安度,呈现出一致性降低的趋势。(2)从整体上看,由于桩基的作用,使得新建隧道沿程度方向左右边墙的变形结果不具备对称性;比较有桩和无桩条件的计算结果可知,近接既有桩基的隧道施工完成后,邻接桩基一侧隧道边墙的程度变形均表现出高于无桩条件下的变形特征。(3)从隧道对桩基影响角度看,近接施工将引起既有桩基产生偏向隧道程度方向的“拉伸变形情况。在近接间隔 仅为0.31的桩基处,产生了到达4.04的最大“拉伸变形。(4)需要采取加固措施,以确保隧道自身构造以及近接地下“建筑物的平安。(5)考察不同刚度折减系数时,发现桩基程度侧向变形几乎没有变化,这说明改变盾构管片的拼装方式,在整体上,对近接地下“建筑物几乎无影