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轨道交通盾构区间隧道穿越桥梁桩基影响分析摘要：随着城市轨道交通的快速发展，出现了越来越多轨道交通区间隧道穿越城市桥梁桩基的情况。
本文以上海某盾构区间隧道穿越桥梁桩基为例，采用有限元计算的方法，分析了不同位置关系条件下盾构隧道穿越对桥梁桩基位移的不同影响。
关键词：有限元；盾构隧道；桩基位移随着城市轨道交通的快速发展，轨道交通线路逐渐形成网络，不可避免的与城市道路桥梁产生穿越关系。
本文以上海轨道交通某区间穿越桥梁桩基为例，探讨区间隧道与桥梁桩基位置关系不同时，对桥梁桩基的不同影响。
1、工程概况上海轨道交通某盾构区间穿越桥梁桩基处，盾构法区间隧道外径为φ6.6m，隧道内径为φ5.9m，管片混凝土等级C55，管片宽度1200mm，采用通缝拼装。
穿越处区间隧道与桥梁桩基的最小水平距离约为1.9m。
此区段桥梁桩基采用450×450预制方桩，桩长为30m，桩底绝对标高为-27.4m。
2、盾构隧道的地基土参数盾构区间穿越处地层有关参数详见表1：表1图1区间隧道与桥梁桩基立面关系图3、计算分析本次分析采用岩土、隧道结构专用有限元分析软件Plaxis2D进行计算。
土体采用二维平面应变单元模拟，材料本构模型取用HS(Hardening-Soil)模型。
衬砌结构采用梁单元模拟，材料按线弹性考虑。
根据施工顺序，计算可分为工况1～工况3进行分析。
各工况具体内容如下：工况1：初始地应力计算，位移清零。
工况2：上行线隧道开挖，衬砌完成。
工况3：下行线隧道开挖，衬砌完成。
图2计算模型图图3下行线隧道开挖后桩基水平位移图（δmax=4.3mm）图4开挖后桩基竖向位移图（δmax=3.36mm）根据计算结果，在盾构推进地层损失率控制在3‰的条件下，盾构区间穿越施工所引起的桥梁桩基最大沉降值为3.36mm，最大水平位移为4.3mm。
4、对比分析为研究区间隧道与桥梁桩基不同相对位置对桩基变形的影响，在保持区间隧道与桥梁桩基水平距离不变的情况下，分别假定盾构区间隧道中心标高与桩底标高齐平（以下简称“齐桩方案”）、盾构区间隧道中心位于桩底标高以下（以下简称“低于桩底方案”）进行分析。
地铁盾构施工对邻近桥梁桩基的影响及防护研究一、引言地铁盾构施工是城市地铁建设中常见的一种施工方式，其用途广泛，施工效率高。
盾构施工过程中对邻近桥梁桩基会产生一定的影响，可能会对桥梁结构安全造成威胁。
研究地铁盾构施工对邻近桥梁桩基的影响及相应的防护措施具有重要意义。
1. 振动影响地铁盾构施工中难免会产生一定程度的振动，振动会传导至邻近桥梁桩基，影响其受力状况。
过大的振动可能导致桩基破坏或者桥梁结构受损，甚至引发桥梁倒塌的风险。
2. 地下水位变化盾构施工的挖掘过程会导致地下水位变化，进而对邻近桥梁桩基造成影响。
水位变化可能导致桩基周围土体的变形和沉降，从而影响桩基的承载能力。
3. 土体松动盾构施工过程中需要进行地下土体的开挖，这个过程会导致土体松动，从而对邻近桥梁桩基的支撑作用产生一定影响。
4. 噪音影响盾构施工中难免会产生一定的噪音，长期的高强度噪音对桩基的安全性也会造成一定的影响。
以上几点是地铁盾构施工对邻近桥梁桩基可能产生的影响，可以看出，这些影响可能会对桥梁结构的稳定性和安全性造成威胁。
三、防护研究及技术措施为了减少地铁盾构施工对邻近桥梁桩基的影响，保障桥梁结构的安全，需要对防护措施进行研究和实施。
以下是一些可能的技术措施：1. 监测系统在地铁盾构施工附近安装监测系统，实时监测振动、地下水位、土体变形和沉降等情况。
一旦发现异常情况，及时进行预警和应急处理，以保障桥梁桩基的安全。
2. 降振减噪技术在盾构施工过程中采用降振减噪技术，通过合理的施工方式和挖掘参数控制，减少振动和噪音对邻近桥梁桩基的影响。
在地铁盾构施工附近对土体进行加固处理，以增加土体的承载能力和稳定性，减少土体松动对桥梁桩基的影响。
4. 地下水管理通过合理的地下水管理，控制地下水位变化的幅度，减少地下水对邻近桥梁桩基的影响。
地铁盾构施工对邻近桥梁桩基的影响是存在的，这需要引起足够的重视。
科学合理的防护研究和技术措施的实施是解决此类问题的关键。
地铁盾构隧道下穿高架桥桩基的托换施工技术分析针对南昌地铁2号线某区间盾构隧道下穿八一桥高架桩基为工程背景，对此类复杂环境下地铁盾构隧道下穿高架桥桩基的托换施工技术进行分析，为了确保在桩基托换施工过程中的顺利进行，通过数值计算和监测手段进行分析。
结果表明：桥墩、托桩最大沉降量均在预警范围内，本托桩项目条件复杂，施工变形控制严格，通过研究分析施工方案技术可行、水平较高，可为类似工程提供一定的工程借鉴和参考。
标签：盾构隧道；下穿；高架桩基；托换施工一、引言随着城市人口经济的迅速增长，城市地铁作为城市的主要公共交通工具，其持续建设和网络不断完善，但面临的施工环境却变得日益复杂，主要呈现在新的地铁线路与既有地铁线路、道路、桥梁、建（构）筑物、地下管线的交叉施工。
在保证既有结构安全的前提下如何顺利地进行地铁盾构隧道掘进，已成为目前亟待解决的问题。
托换技术一种应用多种地基处理方法的加固技术，它主要解决对既有建筑物的地基加固，包括补救性托换及预防性托换，托换技术是一种技术难度大、费用高、风险责任性强的一种特殊施工方法。
因此，针对地铁盾构隧道下穿高架桥桩基的托换施工技术进行分析，不仅对提高现代城市的市政工程施工技术水平具有重要的指导作用，而且还具有重要的经济价值和社会意义。
二、工程概况（一）高架桥工程概况八一桥是南昌市重要的交通枢纽，桥身为双独塔双索面扇形密索体系钢筋混凝土预应力斜拉桥。
工程由主桥、引桥、引道三部分组成，全长约6公里。
其中主桥1040米，南引桥2017米，北桥1314米，大橋于1997年9月29日建成通车。
八一桥南引桥为城市互通式立体交叉系统，其中该桥涉及的桩基托换工程分别为C匝道、F匝道。
C匝道桥梁上部结构为多跨钢筋混凝土连续箱梁桥（两箱），桥面宽11m。
F匝道桥梁上部结构为多跨钢筋混凝土连续箱梁桥（单箱），桥面宽7m。
（二）工程地质条件桩基托换范围内隧道埋深28.1m，该区域地质条件自上而下依次为5.8m杂填土层、2.5m粉质粘土层、3.1m细沙层、3.7m圆砾层、3.0m卵石层、10.0m中风化泥质粉砂岩层，地下水位线位于地面以下5.6m。
4盾构隧道施工对桥桩影响的理论分析4.1盾构隧道施工引起的地层应力及变形自1945年提出柱体空腔膨胀理论后，现己被广泛的应用于岩止领域的研究，但多数侧重于打入桩挤土效应等方面。
本文将土体视为均匀的、各向同性体，将盾构隧道的施工过程模拟成一系列的柱体膨胀，用以计算盾构施工引起的地层应力及变形。
图4-1为无限体中柱体空腔膨胀问题的平面表示，a0为考虑土体损失率η影响下的隧道半径；r1为塑性区半径。
在孔壁内作用注浆压力P z时，径向受压，切向受拉。
P z值较小时，孔周围土体处于弹性状态，P z增加并达到某一值时，孔周围土体发生屈服，形成塑性区域，随着P z的继续增加，塑性区域向外扩展，形成以环状柱形塑性区D d，塑性区以外仍为弹性区域D e。
图4-1 柱体空腔膨胀计算示意图由图4-1及其假设条件可知，将隧道作为柱体空腔，研究地层的影响规律时，应从土体损失率对隧道半径的影响及注浆压力对地层的影响进行切入。
（1）土体损失率对隧道半径的影响在隧道开挖未施加注浆压力前，柱体空腔会在地层应力的作用下会产生向心收缩的位移。
用土体损失率来表示对隧道半径的影响，则有：（4-1）式中:a为盾构隧道开挖半径;η为土体损失率。
对于土体损失率的计算，本文采用Lee和Rowe提出的两圆相切的土体移动模型，其原因为:避免盾构在推进过程中产生叩头现象，采用稍上仰的盾构姿态；盾尾离开后，衬砌在自重作用下坐落在下部土体上；隧道周围土体由于施工产生扰动，会向开挖面产生土体位移。
该模型较符合盾构隧道施工的实际情况，达到广泛应用，如图4-2所示，图中，D为隧道直径。
图4-2盾构隧道两圆相切土体移动模型由图4-2可知，单位长度上的土体的损失量为:（4-2）单位长度上的隧道体积为:（4-3）由公式（4-2）及（4-3）可得土体损失率为:（4-4）Lee等为反映隧道施工引起的地层损失，引入总间隙参数，其定义为:（4-5）式中:G'P为物理间隙，U'3D为开挖面推进引起的等效三维径向位移; ω与施工质量有关的参数。
盾构隧道下穿施工对高速桥梁影响分析摘要：盾构隧道施工会周围土体产生扰动[1]，引起土体变形，影响周边建构筑物。
以地铁盾构隧道穿越既有高速桥梁为依托，结合有限元分析软件MIDAS探讨盾构隧道施工对高速桥桩的影响。
分析结果表明，采用盾构隧道施工对桥梁的影响较小，桥梁变形满足相关规范要求。
关键词：盾构隧道、桥梁、变形、影响分析1概述近年来，随着城市化进程的加快，城市轨道交通发展迅速，地铁以其运量大、速度快、安全可靠、准时舒适等优点成为了城市公共交通系统的重要组成部分。
但是随着城市建设的发展，不可避免的出现了一些地铁隧道与既有桥梁相互交叉的情况。
盾构隧道穿越施工产生地层损失，造成地表沉降，对周边土体产生扰动，引起周边土体变形，对既有桥梁基础产生影响，进而使桥梁结构产生变形，因此本文以某地铁7号线工程盾构隧道下穿既有高速桥梁为研究对象，通过理论公式计算及三维数值分析研究盾构隧道穿越施工对既有桥梁结构变形影响，为后续盾构隧道穿越既有桥梁及类似工程的设计提供参考。
2 工程背景某市地铁7号线工程（设计最高时速为80km/h）盾构隧道下穿既有连霍高速桥梁，区间隧道采用盾构法施工，衬砌外径6200mm，内径5500mm，衬砌环宽度1500mm，厚度350mm，均采用钢筋混凝土制作。
穿越桥梁上部结构采用预应力（后张）连续箱梁，下部结构采用柱式墩，墩台采用桩基。
区间先后两次穿越高速匝道桥梁，本文选取最不利工况穿越I匝道桥作为研究对象，左线隧道从高速I匝道桥1#～2#桥墩间穿过，右线隧道从高速I匝道桥2#～3#桥墩间穿过。
下穿处隧道距高速I匝道桥桥桩最小水平净距约5.75m，隧道埋深约21.30m。
地铁隧道与高速桥梁位置关系如图2-1~2。
图2-1 盾构隧道与高速I匝道桥梁平面位置关系图图2-2 盾构隧道与I匝道桥梁剖面位置关系图3 盾构隧道下穿连霍高速桥梁数值模拟分析本次计算采用MIDAS-GTS有限元计算软件对盾构隧道穿越高速桥梁进行施工工况的三维模拟进行分析。
盾构隧道下穿高速铁路桥梁桩基群施工影响预测分析以盾构隧道穿越高速铁路桥梁桩基群工程为案例，利用MIDAS/GTS建立三维有限元模型，考虑有无隔离桩保护措施两种工况，预测并对比分析桥梁墩台的沉降。
计算结果表明：盾构施工将引起桥梁墩台竖向、顺桥向及横桥向变形；设置隔离桩后，最大竖向位移和横桥向位移均大幅度减小，且梁端水平折角也相对减小；计算结果验证了隔离桩保护方案的有效性。
研究成果为类似工程具有较好的指导意义。
标签：盾构隧道；桥梁桩基群；隔离桩；数值分析；墩台沉降1 引言随着城市化进程的加快，国内各城市已规划建设“纵横线”与“环线”平面交叉的复杂地下轨道交通网，高速铁路和市域铁路等在城市内多设置高架桥梁以减少对城市的切割，因此不可避免导致城市轨道交通隧道穿越该类桥梁桩基群。
盾构隧道施工是一项多因素共同作用的综合工程，造成桥梁桩基群周边区域地层应力扰动，引起地层变形，该变形又会引发邻近桥梁桩基的沉降、侧向位移及附加应力等一系列反应[1]，基础受到的影响如通过墩柱、支座传递到上部桥跨结构，则将引发铁路线路变形，加剧轨道的不平顺，不仅加大了轮轨问的冲击力、加速轨道架构和基床的破坏，对铁路运营安全也将造成严重影响[2]。
对于盾构隧道穿越邻近桩基的影响分析，业内已进行了大量研究，成果具有一定的参考价值。
郭院成等[3]基于郑州地铁1号线下穿郑州青少年宫工程，在考虑盾构机刀盘施工扰动、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，结果显示：盾构施工过程中，桩基承载力受影响程度与其施工前承受的荷载有关，且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。
周济民[4]针对北京地铁16号线盾构区间隧道下穿万泉河高架桥桩基群工程案例，基于既有桥梁结构形式、周边环境以及现场作业空间等因素，分析了盾构下穿施工对桥梁桩基的影响规律，得出横断面方向的差异沉降量和倾斜量明显大于纵断面方向；当一个桩基位于隧道正上方，而另一个位于远离开挖隧道的位置时，差异沉降量值最大。
地铁盾构穿越高铁桥群引起沉降的分析及数值模拟随着我国社会的不断发展,城市规模越来越大,人口原来密集。
很多问题,例如交通拥挤等随之而来。
在解决城市交通问题的过程中,地铁拥有很多优点,例如运输量大,速度快,安全,节约土地等,因此得以迅速发展。
在此同时,作为我国交通组成的一个重要的组成部分,高铁的发展也极为迅速。
综合考虑到日后的地铁修建过程中,很多施工会采用盾构法这种施工方法,由于盾构下穿施工会引起地层的变形,同时也会使高铁轨道产生不平顺现象,对高速铁路的运行造成一定的隐患和安全问题。
本文以南京地铁机场线下穿高速铁路桥群作为实际工程背景,通过有限元软件的数值模拟以及与实际监测数据进行对比分析,对盾构不同方法进行开挖和开挖过程对轨道的影响,对地层的作用和列车的动力响应进行了分析研究,全文工作如下:(1)对盾构施工引起的地层变形和沉降做了分析,找出盾构施工引起变形和沉降的主要原因,为进一步的穿越施工提供了正确的思路。
(2)利用ABAQUS软件创建了三维有限元模型,研究了不同开挖方式下承台的变形,沉降等数据,对开挖方式的效果和作用做出了分析。
(3)利用ABAQUS软件创建了列车,轨道之间的三维模型,将列车运功过程中的振动加速度当做参考量,研究了在不同开挖步下锁造成的振动加速度的数值,并将结果与我国高速铁路设计规范进行对比,得出结论。
(4)通过现场监测获得的数据,与数值模拟结果进行对比,进而确定对实际的施工方案进行确定,并证明有限元模拟的合理性。
一、前言随着城市轨道交通、地下管廊建设的快速发展，城市盾构隧道将不可避免地穿越周边已建的建（构）筑物。
在特殊环境情况下，盾构隧道需穿越已有高架桥的桩基础。
盾构施工将对地层土体产生损失，从而导致隧道附近土体应力场发生改变，以致桩基周边法向应力将有不同程度的释放，使得桩基的承载能力发生相应的变化。
与此同时，隧道掘进施工引起区间周围地层移动，其产生的自由土体位移使得工作状态的桩基产生附加弯矩和变形，对桩基的安全使用产生风险。
盾构隧道下穿临近高架桥桩基的影响分析已成为当前城市地下空间开发中的热门问题。
二、工程地质条件及临近桩基概况1.工程概况本工程为某新建高压电力通道工程，隧道设计起始点K17+320，止点K18+440，道路全长1120m，线路采取盾构法施工的建设模式，该隧道正常埋深不小于5.0m。
根据现场实地勘察了解本工程盾构沿线区间将旁穿一段高架桥，其中隧道部分区间线路旁穿一侧高架桥桩基，隧道部分区间线路旁穿两侧高架桥桩基。
2.地质条件根据本工程《岩土工程勘察报告》隧道区间地质分布软硬不均，隧道主要穿越地层为5-1残坡积粘性土层、5-1a残坡积砾质粘土层，局部穿越7-2微风化灰岩层、7-1-1强风化硅质岩层，上层覆土为4-2粘土层、5-1残坡积粘性土层。
沿线地质构造图见下图1，地质情况见下表1。
温裕春 李结元浅谈盾构掘进对临近高架桥桩基水平位移的影响Qian tan dun gou jue jin duilin jin gao jia qiao zhuang ji shui ping wei yi de ying xiang图1 拟建隧道工程及邻区地质构造图144YAN JIU图3 高架桥桩基与盾构隧道剖面关系图（单位：m）三、临近桩基控制标准及模型建立1.临近桩基水平位移控制标准行盾构顶进推力的变化规律及土体与盾壳之间摩擦作用原理的研究，并得出了一些有针对性的结论。
结合本工程的特点，仅考虑与盾构正面土压力平衡的盾构推力对桩基位移的影响。
地铁盾构下穿沪宁城际铁路高架桥影响性分析摘要：本文以苏州地铁7号线盾构下穿沪宁城际铁路高架桥桩为例，盾构施工前，采用MADIS有限元软件对采取加固措施后盾构下穿沪宁城际铁路高架桥桩过程中桥桩变形、沉降等安全性进行分析和评估，为后续施工提供理论依据，给类似工程提供相关经验。
关键词：地铁盾构；铁路高架桥；有限元；沉降前言：随着中国经济迅猛发展，高铁、地铁等交通市政工程串联起全国各地大小城市，方便了行人，加深了城市之间交流。
但是在地铁设计过程中，为了既定规划的线路走向，不可避免地需要穿越一些既有的市政工程，比如桥梁、道路或是管线等等[1-2]。
本文中苏州地铁7号线在设计过程中，因无法绕避沪宁城际铁路高架桥，需要侧穿高架桥桥桩，但是因为高铁通行的桥梁保护要求较高，需要保证盾构下穿高铁桥桩过程中桥桩的沉降控制在规定范围内，且需要对加固方案及有限元模拟盾构下穿过程中桥桩沉降进行评估，以确保高铁的正常运行。
1 工程概况7号线路扬东路站~扬华路站区间采用盾构法隧道穿越沪宁城际苏州东特大桥，区间隧道下穿铁路后到达扬华路站，线路线间距为32.5m，隧道与高铁的平面夹角基本为83°～90°，盾构隧道左右线自相邻两跨下分别正穿，隧道与高铁桥桩最小水平净距约为10.19m，下穿段桥下净空约为5.4m，下穿沪宁城际铁路苏州东1号特大桥的设计墩号为84、85和86号，运营墩号为47、48和49号，每个墩台下设8根φ1m钻孔桩，桩长分别为55m、55.5m、58.5m，桥梁跨度均为为32.6m，采用CRTS Ⅰ型板式无砟轨道。
左线隧道侧穿27.5kv供电线铁塔，铁塔为独立基础，埋深3.5m，基底尺寸为3.45m×1.55m，顶部尺寸为1.45×1.05m。
盾构隧道与铁塔基础的最小水平净距约4.66m。
本工程在穿越沪宁城际苏州东特大桥后会继续盾构下穿京沪铁路路基，该点不在本文分析内容范围，不再过多赘述。
第29卷第4期湖南文理学院学报(自然科学版) V ol. 29 No. 4 2017年12月 Journal of Hunan University of Arts and Science(Science and Technology) Dec. 2017 doi: 10.3969/j.issn.1672–6146.2017.04.017地铁盾构下穿高架对桥桩影响的数值分析高东(安徽建筑大学土木工程学院, 安徽合肥, 230022)摘要: 基于合肥地铁盾构隧道穿越高架桥工程, 用有限元软件MIDAS GTS/NX对开挖过程进行仿真模拟, 分析了开挖过程对高架桩基的影响。
结果表明: 高架桥桩的位移总体上表现为距盾构区相同距离下的桥桩的位移值基本相同; 距盾构区不同距离下的桥桩的位移变化表现形式基本相似, 盾构隧道对高架桥的影响在安全限度范围内。
关键词: 隧道盾构; 高架桥桩; 位移; 数值分析中图分类号: TU 91 文献标志码: A文章编号: 1672–6146(2017)04–0068–04Numerical analysis of the effect to pile with shield tunnel crossing the viaductGao Dong(Civil Engineering School, Anhui Jianzhu University, Hefei 230022, China)Abstract: Based on the project of Hefei metro shield tunnel crossing the viaduct, the excavation process is simulated with the finite element software MIDAS GTS, and the effects of excavation process on elevated pile foundation are analyzed. The overall displacement of Viaduct Pile shows that the displacement under the same distance from the shield area of piles is basically the same; the displacement form from the shield area under different distances is basically the similar, and the influence of shield tunnel on the pile foundation is within the limit of safety.Key word s: tunnel shield; viaduct pile; displacement; numerical analysis随着城市建设的发展, 公路交通已经不能满足人们出行的需求, 轨道交通的出现极大地改善了交通拥挤的现状[1]。
但隧道开挖会导致地层沉降, 对周边的构筑物产生影响。
隧道在开挖过程中会对土体的应力及应变产生影响, 导致应力重分布和应力集中等问题[2]。
这将破坏该地区土体原有的受力平衡, 造成地面沉降、建筑物开裂、管道破损及桩基失稳等一系列的状况[3]。
因此, 对此种情况下的隧道开挖进行模似, 预测土体、构筑物的变形及位移可在一定程度上预防不良事故的发生。
本文通过对合肥轨道交通3号线某区间段内隧道开挖过程进行三维模拟, 分析隧道开挖对临近高架桩基变形的影响, 以确保临近高架桩基的安全。
1 工程概况合肥轨道交通3号线某区间段, 采用盾构法施工, 区间内存在盾构隧道下穿高架桥桩的情况。
区间隧道为2条单洞单线圆形隧道, 直径为6 m。
2条隧道穿越临近高架的2个桩基, 前期仅盾构右侧隧道。
整个区间隧道的覆土厚度为13.80～24.37 m, 开挖隧道临近的土体从上至下分别为杂填土、黏土、粉质黏土、强风化泥质砂岩和中风化泥质砂岩。
穿越土层主要为黏土层和粉质黏土层, 局部为强风化泥质砂通信作者: 高东, 778905919@。
收稿日期: 2017–01–10基金项目: 安徽省教育厅教学研究重点项目(2015jyxm252)。
第4期 高东: 地铁盾构下穿高架对桥桩影响的数值分析 69 层。
隧道穿越范围主要赋存承压水, 含水层以粉土、粉细砂为主。
地下水对盾构法施工隧道影响不大[4]。
盾构隧道临近高架桩基长度30 m, 隧道埋深16 m, 高架桥桩的跨度为30 m; 盾构隧道距离左侧的桥桩最近处为15.5 m, 距离右侧的桥桩最近处为11.0 m 。
盾构隧道和临近高架桩基的分布形态如图1所示。
2 模型及工况 用有限元分析软件MIDAS GTS进行建模和计算。
选取的模型尺寸为80 m × 50 m × 30 m, 选取的模型尺寸满足隧道开挖的影响范围为隧道直径3～5倍的条件, 达到消除边界效应影响的要求[3, 5]。
高架桥面荷载折算后加载到桥墩上, 折算荷载为150 kN/m 2。
土体采用摩尔-库伦模型[6], 土层参数如表1所示, 管片采用弹性模型[7]。
板厚取30 cm, 板宽为标准尺寸1.5 m, 管片与围岩间注浆层厚度为15 cm 。
有限元模型如图2所示。
通过分析高架桥桩位移的变化, 判断隧道盾构对桥桩的影响程度, 进而对桥桩的稳定性进行定量分析。
本文所建立的是一个盾构区间小开挖段模型, 长度为20个标准管片的宽度。
因盾构时高架已经建成, 所以模拟盾构前, 将高架桥放在初始应力里分析, 位移清零, 不进行施工段的设置。
模拟分析工况为: 第1步, 开挖1个隧道管片宽度的距离; 第2步, 将管片安装到刚开挖的位置, 注浆后进行下一段的开挖; 第3步, 重复第2步的操作, 直到最后一段管片安装完成, 整个开挖的流程结束。
3 结果与分析添加分析工况后进行模型求解, 得到隧道盾构对高架桥的影响如图3～4所示。
图3～4中的数据为高架总位移值, 单位为mm 。
隧道盾构造成临近桥桩出现变形, 使得上部承台和桥墩出现倾斜。
最大变形出现在右侧桥墩的顶部, 最大位移为12.8 mm 。
盾构区离右侧桥桩较近, 桥桩的最大变形出现在右侧桥桩中部, 离盾构区较近的同一地层处, 最大位移为6.6 mm 。
左侧高架承台向右侧倾斜, 最大倾斜率为1.16×10−4, 右侧高架承台向左侧倾斜, 最大倾斜率为1.39×10−4。
高架桥的变形预警值为20 mm [8–9], 因此, 变形都在允许的限度范围内, 隧道盾构对高架桥的稳定性没有造成破坏。
提取模拟结果数据, 分析得到高架桥左、右侧桥桩位移变化如图5～7所示。
左侧高架桥桩的最大位移为5.4 mm, 右侧高架桥桩的最大位移为6.6 mm, 变形在安全限度范围内。
隧道盾构对桥桩的变形影响主要发生在x 方向, 对桥桩在y 方向上的影响较小, 最大位移仅0.6 mm, 可以忽略不计, 在盾构区同一地层处对桥桩的变形影响达到最大值, 原因是桩身中部距盾构区最近, 隧道盾构产生的地应力对桩身处作用最大。
1号桩与2号桩、3号桩与4号桩、5号桩与6号桩、7号桩与8号桩(桥桩编号见图图1 隧道和高架桩基的位置分布 桥墩承台桥桩盾构区 15.5 m 11.0 m表1 岩土层物理力学参数土层 弹性模 量/MPa 泊松比 容重/ (kN·m −3) 初始应力参数黏聚力/kPa 内摩擦角/(º)厚度/m 杂填土 1 0.3517.5 0.58 0 8 2黏土 50 0.3320.3 0.67 40 16 6粉质黏土 45 0.2521.0 0.50 38 14 20 强风化岩 400 0.3021.0 1.00 35 32 5中风化岩 900 0.3023.0 1.00 40 33 17图2三维有限元盾构模型x z70 湖南文理学院学报(自然科学版) 2017年 3)的桥桩变形几乎重合, 说明隧道盾构产生的地应力对相同距离下的桥桩作用相同。
桥桩上部位移变化有较大转折, 此处的转折不是桩身发生弯折, 而是因为远离盾构区的桥桩比临近盾构区桥桩的位移小, 使得桩身产生差异变形。
承台对桥桩的变形有协调作用, 使得高架承台向盾构区方向倾斜, 造成桥桩顶端向着盾构区的方向偏移, 与桩身中部的变形方向相反。
图8为距盾构区不同距离下的桥桩位移对比。
1号桩、4号桩、5号桩、8号桩的位移变化趋势基本一致, 说明隧道盾构对不同距离下桥桩的变形影响作用机理相同。
因4号桩和8号桩距盾构区的距离基本相同, 所以图8中4号桩和8号桩的变形几乎重合, 从而印证了前面做出的距盾构区相同距离下的桥桩变形基本相同的结论。
4 结论本文以合肥轨道交通3号线某区间段内隧道开挖工程为例, 用有限元分析软件MIDAS GTS/NX 对隧道盾构进行模拟, 研究了隧道开挖对高架桩基的影响, 通过分析模拟结果得到以下结论。
(1) 隧道开挖对临近高架桩基的影响在安全的限度范围内, 对高架桥的稳定性影响较小, 不影响高图3 高架桥总位移图 图4 高架桩基位移图 +6.608 67 +6.241 15 +5.873 62 +5.506 10 +5.138 58 +4.771 06 +4.403 54 +4.036 02 +3.668 49 +3.300 97 +2.933 45 +2.565 93 +2.198 41 4.8% 2.9% 2.9% 4.0% 12.1%12.5%8.8% 12.5%14.2%11.7%7.1% 6.7% DISPLACEMENT TOTAL T, mm +1.280 96e+1+1.192 53e+1+1.104 10e+1+1.015 68e+1+9.272 50 +8.388 24 +7.503 98 +6.619 72 +5.735 46 +4.851 19 +3.966 93 +3.082 67 +2.198411.3% 1.8% 3.0% 2.8% 3.1% 6.0% 14.9%18.6%17.5%21.2%9.1% 0.6% DISPLACEMENT TOTAL T, mm 1 2 3 7 8 4 6501020302.02.53.03.54.04.55.05.51号桩 2号桩 3号桩 4号桩 桩身长度/m 桩身位移/m m图5 盾构区左侧桩身位移102030345675号桩 6号桩 7号桩 8号桩 桩身长度/m桩身位移/m m图6 盾构区右侧桩身位移 102030−0.50−0.250.000.250.500.75 5号桩 6号桩 7号桩 8号桩 桩身长度/m桩身位移/m m 图7 盾构区右侧桥桩y 方向位移桩身长度/m 桩身位移/m m 图8 桥桩位移对比 1020305号桩 8号桩1号桩4号桩第4期高东: 地铁盾构下穿高架对桥桩影响的数值分析71 架桥的正常使用。
