下载文档原格式
盾构隧道施工对邻近桥梁群桩基础的影响分析作者：***来源：《西部交通科技》2023年第08期摘要：文章以某隧道側穿桥梁群桩基础为例，采用FLAC3D软件建立数值模型，重点分析了隧道施工对群桩基础竖向位移、水平位移、轴向应力以及切应力的影响，由此得出：桩基离隧道轴线越近，隧道开挖时对桩基的竖向位移就越大，且随着桩埋深的增大，桩基竖向沉降减小；桩基离隧道轴线越近，其水平位移受到的影响越大，且随着桩基埋深的增大，桩基水平位移增大，桩底水平位移最大；隧道开挖过程中，桩基离隧道轴线越近，其轴向应力受到的影响就越大；群桩的切应力曲线比较接近，随着桩基埋深的增大，切应力有沿负方向增大的趋势，在桩底部位切应力最大；桩基后排切应力略大于前排，这与后排桩受前排桩屏蔽效应有关。
关键词：盾构隧道；群桩基础；位移；应力；数值模拟中图分类号：U455.2A4514120引言城市地铁盾构隧道建设过程中，不可避免地会穿越邻近桥梁群桩基础。
隧道施工会导致周围土体发生卸荷和变形，从而影响邻近桩基的安全，因此，研究盾构隧道施工对邻近桥梁群桩基础的影响具有重要的意义。
近年来，国内学者对此进行了一些研究，主要有：张福强、郑熹光等［1-2］通过有限元数值模拟分析盾构隧道施工对邻近群桩基础的影响，以实际工程为依托建立三维数值仿真模型，研究结果表明在隧道开挖完成后，邻近桥梁桩基础极限承载力下降了5.7%，对邻近建筑物有一定影响，由隧道掘进施工引起的桩基础的附加沉降较小，不会引起桥梁上部结构内力明显的变化；李光伟、曹鹏等［3-4］以城轨线盾构隧道近距离下穿京沪高速铁路桥梁的实际工程为背景，分析盾构隧道施工对既有桥梁基础的影响，采用大型有限元软件ABAQUS建立铁路桥群桩基础，隧道及周围土体的三维有限元模型，模拟盾构隧道开挖过程，并对铁路桥基桩的位移，倾斜及内力的变化情况进行分析；王栓、刘喆等［5-6］以某城市地铁2号线近接魁奇二路人行天桥桩基础不同工况，建立三维有限元数值模型，研究盾构施工顺序对邻近桥梁群桩基础的影响，结果表明盾构施工会引起桩基础偏向开挖侧的水平位移，盾构施工对桩基础变形和弯矩的影响较小，为了减小盾构施工对桩基础变形的影响，施工时建议先掘进右线后掘进左线。
隧道施工引起地层位移对桥梁桩基的影响分析摘要：众所周知，地铁施工必然扰动周围地层，因而有可能致使一定范围内近接桥桩发生过大绝对沉降或差异沉降，从而影响桥梁的正常使用，甚至危及桥梁安全。
因此在新建隧道施工过程中如何经济有效的保证既有结构和施工的安全，已成为一项亟待解决的重要课题。
本文针对这一课题浅谈了隧道施工引起地层位移对桥梁桩基的影响分析。
关键词：隧道施工,地层位移,桥梁桩基,影响引言隧道施工中伴随着地层应力状态的改变，相应地引起地层的位移和变形，从而可能影响到既有建、(构)筑物，当变形达到一定程度时，将影响到已有建(构)筑物安全及正常使用。
因此，隧道开挖最为关键的问题之一就是对邻近建(构)筑物影响的分析和评估。
目前，国内外大部分研究都是集中于地表沉降的预测以及土体沉降对周围建(构)筑物基础不均匀沉降的影响。
特别是对于建筑物桩基，运用桩土之间相互作用机理，就桩基在土体变形影响下的响应进行了一些研究。
但是对于在施工中如何控制桩.基的变形，尤其针对既有桥桩，采用注浆加固地层的方式进行控制研究还很少。
因此，本文以实例分别对注浆前后地层和桩基变形进行了数值模拟分析，通过实测结果评估注浆加固对控制桩基变形的影响。
由此丰富了浅埋暗挖施工技术的内容，对以后的施工具有指导意义。
1.已有建(构)筑物桩基在开挖卸荷作用下的变形机制在城市建设中，桩基础以其巨大的承载潜力、抵抗复杂荷载的特殊性能及对各种地质条件的良好适应性而成为建(构)筑物的主要基础型式。
因此，在隧道施工中，将不可避免地穿越桩基。
隧道、土体、桩基以及上部结构处于一个共同作用的完整体系中，四者之问的相互作用如图l所示。
土体是上述体系的关键元素，隧道开挖对桩基的影响通过土体与桩基的相互作用关系直接体现为桩基承载能力的损失，桩基础的极限承载能力主要包含两层含义：一是桩基自身的极限承载能力;二是支承桩基的地基土极限承载能力。
在施工过程中，桩基对整个桥体的沉降会产生较大的影响。
盾构隧道施工对既有桥梁影响及施工监测分析发布时间：2022-11-11T07:58:03.313Z 来源：《城镇建设》2022年第13期第6月作者：郑建峰[导读] 盾构法在隧道的施工中十分常见，能够较好地适应不同地层条件郑建峰身份证号：41232119790310**** 摘要：盾构法在隧道的施工中十分常见，能够较好地适应不同地层条件，在复杂的地质条件下具有明显的优势。
由于盾构法对环境的影响较小，通过有效的控制技术，能够降低隧道施工对既有线路的影响。
盾构隧道的施工无法避免对于既有结构产生的影响，由于不同的施工条件对盾构隧道施工产生的地层位移的影响具有明显的差异，因此，在既有桥梁的施工中需要采取相应的控制技术。
关键词：盾构隧道；桥梁影响；施工监测引言中国经济的快速发展导致城市交通频繁拥堵，愈来愈多的隧道在寸土寸金的繁华地区修建。
传统的矿山法和明挖法对周边环境影响较大，盾构法凭借其优势成为城市修建隧道的首选，而这又不可避免地造成隧道交叉施工。
隧道对既有桥梁的影响不容小觑，已成为当前研究的热点。
1盾构隧道施工对既有桥梁影响及监测分析 1.1既有桥梁桥墩沉降在左、右线盾构施工穿越既有桥梁时对桥墩沉降进行了全程监测，时间从2020年６月２日至2020年７月11日（下面图表中的日期表示为月－日）。
盾构施工穿越既有桥梁时，92D1监测点的桥墩沉降模拟值与实测值如图1所示，其余５个监测点的实测值与模拟值对比见表1所列。
当左线盾构隧道穿越既有桥梁后，桥墩监测点的模拟沉降约为－0.08～－0.61ｍｍ，当左、右线盾构隧道全部侧穿既有桥梁后，桥墩监测点的模拟沉降约为－0.12～－0.69ｍｍ，右线盾构隧道穿越既有桥梁后桥墩的沉降值明显大于左线隧道穿越既有桥梁后桥墩的沉降值；桥墩沉降的实测值和模拟值之间差距很小，２组数据比较吻合。
从图1可以看出，92D1监测点桥墩沉降的模拟值和实测值相差很小，吻合较好，数值模拟模型参数的选取能较好地模拟盾构施工对既有桥梁桥墩沉降的影响。
盾构隧道侧穿建筑物对其桩基的影响分析——以武汉地铁8号线为例陈书文;吴二林;陈飞【摘要】以武汉地铁8号线区间盾构隧道近距离侧穿某建筑物桩基项目为背景,采用有限元数值模拟的方法,研究了盾构隧道侧穿建筑物时,在有无隔离桩保护的条件下,对建筑物桩基变形和内力的影响.结果表明:盾构近距离侧穿对该建筑物的桩基有较大影响；当采取钻孔灌注桩隔离措施后,在隔离桩的保护下,建筑物桩身的最大总位移和最大剪力与无隔离措施相比降低了60％左右,很好的反映了隔离桩措施的合理性和有效性.研究成果可为后续类似地铁工程的设计和施工提供参考.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2013(044)003【总页数】3页(P52-54)【关键词】盾构隧道;近距离侧穿;桩基;隔离桩;数值模拟【作者】陈书文;吴二林;陈飞【作者单位】长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北武汉430010【正文语种】中文【中图分类】U455由于城市地铁建设受各种建(构)筑物、地下管线、高架桥、铁路、高压电塔以及复杂地质条件的综合影响，往往需要反复比选线路走向，尽量避开重要建(构)筑物，将各种风险降到最低。
但还是经常会出现地铁区间隧道下穿或侧穿建筑物桩基的情况。
对于那些多层、小高层民用住宅楼的预制桩来说，通常由于楼层不高，其预制桩大多以摩擦桩为主，其桩长不长，桩底往往在盾构隧道底板之上。
在盾构隧道近距离侧穿这种桩基时，盾构开挖土体产生的卸载效应势必会对这种摩擦桩的变形与内力造成影响，尤其是当这种预制桩在施工打入的过程中，其接头、桩身混凝土存在一定的施工质量问题时，影响尤甚。
基于此，本文以武汉地铁8号线区间隧道盾构近距离(隧道边界与建筑物距离为4.9 m)侧穿某建筑物桩基项目为背景，采用有限元数值模拟方法，研究了在有无隔离桩保护条件下盾构近距离侧穿建筑物对其桩基的影响，旨为类似工程提供参考。
1 工程背景武汉地铁8号线一期工程是继武汉轨道交通2、4号线之后的第3条过长江地铁线路。
盾构地铁隧道侧穿既有桥梁桩基的影响分析摘要：近年来，随着中国经济高速的发展，城市人口越来越密集，各大城市地下轨道交通建设进入规模化发展阶段，随着地铁项目建设，不但可以有效缓解城市交通拥堵问题，保障市民快速方便出行，还可以带动城市周边发展，将城市中心主流人口向城市周边分流，这不仅促进城市持续健康的发展，而且成为一个城市现代化水平和经济发展的重要标志。
地铁隧道开挖是一个极其复杂庞大的工程，它受地质构造、周边环境、施工技术以及众多不确定性因素影响，进一步了解隧道开挖都周边环境的影响，对掘进施工的参数优化有着重要的现实意义。
关键词：盾构隧道；地形变形；轨道交通；桥桩基础；控制措施引言中国是目前全球城市轨道交通运营里程最长的国家。
根据中国城市轨道交通协会统计信息，截至2018年末，中国内地共计35个城市开通城市轨道交通，运营线路185条，运营线路总长度5,761.4公里。
2018年新增运营线路20条，新增运营线路长度728.7公里。
对于地铁的大量的新建，施工将不可避免穿越或临近桥梁、铁路、既有建筑物，地铁朝着结构复杂、规模大的方向发展，施工的环境越发的复杂多变。
由于工程技术、管理不善原因致使基坑事故频发，导致的伤亡和经济损失也随之而来。
因此，地铁盾构隧道施工期间，监控预测周边土层产生的位移变形和沉降，制定一套完整有效的防控措施方案，以减小周边土体扰动为目的，对保证既有地下管线及地下结构的安全非常有利。
1 盾构施工引起的地层变形规律及其邻近桥桩的影响1.1 盾构施工引起的土体位移变化机理盾构隧道掘进所造成的地表沉降一般可以分为5个阶段[1]，依次是初期沉降、掘进面沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降和长期延续沉降。
目前研究中，地层位移的影响因素[2]主要有：覆土层厚度、地层变形模量、土体损失、盾构掘进速度、施工因素等。
盾构隧道的施工是一个复杂的过程，在施工过程对周围土体的影响是多方面的。
按照开挖方向可以分为四种[3]，分别是固结区、卸荷扰动区、剪切扰动区以及挤压扰动区。
盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响随着地铁盾构区间隧道临近桥梁桩基工程的日益增多，地铁盾构施工引起地表沉降及对邻近桥梁桩基的影响问题十分突出。
盾构施工引起周边土体扰动，产生地表沉降，同时引起临近桥梁桩基产生变形，引起内力与应力的变化，对桥梁桩基产生影响，导致桥梁桩基发生破裂，影响正常使用。
目前，盾构施工对地表及邻近桥桩影响的研究主要包括离心试验、现场监测、解析解、数值分析四种方法。
Loganathan[1]等、张海波等[2]采用离心试验和数值解析方法揭示隧道掘进将会引起临近桩基产生相当大的轴力和弯矩。
Coutts等[3]对受隧道开挖引起的水平和垂直荷载作用下邻近钢筋混凝土桩基进行了实地监测，根据监测数据，计算得到桥桩的内力和弯矩，与设计工作荷载和弯矩进行对比研究。
魏纲等[4]采用统一土体移动模型三维解计算盾构施工引起的地下管线平面处土体竖向位移，基于Pasternak地基模型对地下管线受力模型进行简化，建立盾构隧道开挖引起的地下管线三维竖向位移计算公式。
由于盾构隧道邻近桥桩施工问题的复杂性及离心模型试验的局限性，限制了离心试验、现场监测与解析解研究的发展。
数值分析方法能够较全面和简便地模拟盾构隧道施工过程，建立实际工程的数值分析模型，分析盾构隧道施工引起临近桥桩的变形、内力、应力的变化，得到了广泛的应用。
张恒等[5]、吴瑞[6]、陈辉[7]、林柏华[8]通过FLAC3D软件对地铁隧道近接穿越桥梁桩基的施工过程进行模拟，分析盾构掘进过程的地表沉降及邻近桩基的位移与内力的变化规律。
张海波等[2]、沈建文等[9]、何文龙[10]、韩秋石[11]采用有限元仿真方法，研究盾构隧道施工对近接桥梁桩基的位移和内力的影响及地表沉降的影响，提出盾构近距离掘进过程的施工注意事项和对桩周土的加固措施。
接着，部分学者[12—14]采用MIDAS有限元数值模拟技术，对盾构隧道近距穿越桥梁桩基施工过程中隧道、桩基的内力变化与位移规律进行了计算分析；部分学者[15—17]采用有限元软件ABAQUS建立三维弹塑性模型，对盾构开挖进行三维动态模拟，探讨盾构隧道开挖过程中地表沉降及邻近桩基性能的变化规律。
盾构隧道施工引起的地层位移对既有桥梁桩基的影响分析摘要：盾构法已成为我国城市地铁施工中一种重要施工方法，有施工引起的地面沉降对其周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常重要的问题。
本文根据某地铁盾构隧道穿越桥桩工程，因公软件进行数据模拟，并对计算结果和实测结果进行对比和分析，研究了隧道开挖中产生的位移既对桥桩的影响，并提出相应的的建议。
关键词盾构隧道施工地层位移桥梁桩基Abstract: the shield law has become China’s urban subway co nstruction an important construction method, construction of ground subsidence caused by the influence of the surrounding environment is design of shield tunnel in construction and very important question. This paper according to a subway tunnel through constructing project, on business software data simulated, and the calculated results and the measured results were compared and analyzed in this paper, research the tunnel excavation of the displacement produced both to the influence of the bridge pier, and put forward the corresponding proposal.Keywords: shield tunnel construction formation displacement bridge pile foundation引言随着城市集约化的发展，充分利用城市地下空间是十分必要的。
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。
盾构隧道侧向穿越桩基时对桩体土体及地面变形的影响侯玉伟【摘要】以某地铁盾构从近距离桩基侧面穿越为背景,通过有限元数值模拟,选取隧道与桩基净间距较小一侧进行计算,分析盾构隧道穿越桩基引起的桩体、周围土体及地面的变形.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2010(013)005【总页数】4页(P71-74)【关键词】地铁;盾构;桩基;侧面穿越;土体变形【作者】侯玉伟【作者单位】中铁十三局集团有限公司华东工程指挥部,201601,上海【正文语种】中文【中图分类】TU433;U455.43Author's address East China Engineering Depatment,The 13th Engineering Bureau Group Co.,Ltd.of China Railway,201601,Shanghai,China盾构法施工具有效率高、机械化程度高、对地层适应能力强及有效控制地面变形等优点,故在城市地铁隧道建设中得到广泛应用。
由于城市的高层建筑、高架桥梁等密布云集,其建筑结构一般都设有桩基础,故盾构隧道施工往往需要从桩基之间穿过。
隧道施工会引起周围土体的变形,土体的变形则会影响桩周土体的应力状况,对桩的变形和内力会产生一定的影响,如不能采取有效措施减小施工对桩基的影响,往往会影响建筑结构的安全使用。
针对盾构施工对桩基影响的研究主要是通过理论分析、数值模拟等。
文献[1]通过试验,研究了盾构施工对桩基承载力和沉降的影响,认为盾构在软弱土层中侧穿与下穿桩基施工时对其的影响可能是设计和施工中要考虑的主要或控制因素。
文献[2]利用弹性力学开尔文解及弹性地基梁理论,导出盾构推进对相邻桩体内力及挠曲影响的计算公式。
文献[3]通过有限元程序研究了隧道施工对桩基的影响,并进行了主要参数的研究。
文献[4]通过离心模型试验研究了隧道施工对端承桩基的影响,认为当桩与隧道的净间距在0.25 D(隧道直径)到1.00 D之间时,桩的沉降受施加体积损失的大小及桩与隧道距离的影响较大。
