盾构隧道下穿既有高铁桥梁桩基及普铁路基数模拟分析

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。

专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘 要:针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。

研究结果表明: 在盾构推进至距既有隧道边缘3 m 前，隧道会发生隆起，且在此位置时隆起量最大，之后开始沉降，在盾构将要穿出既有隧道时，沉降增量最大; 隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大，而沉降量与之相反; 盾构下穿时，既有隧道结构横截面上会产生扭转，扭转角的大小随盾构推力增大而增大，随既有隧道刚度增大而减小。

为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行，在距既有隧道边缘 3 m 时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度非常有效。

关键词:隧道 盾构 下穿 数值模拟 竖向位移 横向扭转随着城市地下轨道交通的发展，下穿既有线路的情况时有发生。

由于新线穿越既有线不可避免地会引起既有隧道结构产生附加应力和沉降，而地铁运营又对既有线的轨道变形有非常严格的控制标准，依据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，运营隧道结构水平和沉降最大位移应 ＜ 20 mm;根据《铁路线路维修规定》，轨道纵向每 10 m 的沉降差应 ＜ 4 mm 。

因此这类下穿工程对既有地铁的安全形成了严峻的考验。

分析盾构下穿既有隧道的力学行为是非常必要的。

姜忻良、赵志明等［1］用理论推导的方法，提出隧道开挖时，上覆土在不同深度处的沉降计算公式; 汪洋、何川等［2］利用模型试验和数值分析的方法，并考虑了隧道纵向和横向刚度的折减得到围岩、净距、推力对上覆隧道的位移和附加应力的分布规律; 文献［3-5］利用三维数值模拟的方法提出下穿盾构的推进与上方近接隧道结构位移的关系; 陈越峰、张庆贺等［6］通过数值模拟及实测数据的反馈，找出了上覆隧道的沉降规律; 张海波、殷宗泽等［7］运用三维数值模拟的方法得出上、下隧道间的距离和相对位置对彼此的影响。

本文以某盾构隧道下穿既有暗挖隧道工程为背景，采用有限元软件建立三维数值分析模型对盾构下穿既有隧道全过程进行动态模拟。

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。

桩板结构下穿既有高铁桥梁数值分析摘要：随着交通网络的不断完善和扩展，公路和高速铁路越来越多地在平面上交叉，目前大致分为交叉、下坡和平桥三种模式。

其中，通过高速铁路模式的道路存在着高速铁路桥下间隙、道路与高速铁路中心线交叉角、地质条件、高速铁路安全保护范围等诸多限制条件，导致高速铁路桥下通行形式多样化。

规范指出，公路下穿既有高速铁路桥时，根据桥梁下的空隙、地质条件等因素，按梁桥、桩、路基的顺序选择公路通过形式。

目前，高速铁路桥梁的现有形式——桩结构得到了较广泛的使用。

其结构成本相对较低，施工工艺成熟，力量合理，竣工后，道路运行对现有高速铁路影响不大。

特别是在地质条件相对较差的情况下，受欢迎程度很高。

关键词：桩板结构；道路下穿；高铁桥梁；引言新建路基下穿既有高铁桥梁桥梁改变土层的原始应力场和位移场，进而引起邻近既有高铁桥梁的不均匀变形，其变形和受力状态与复杂的地质条件、荷载、施工及边界工况有关。

针对该问题，目前主要采用有限元软件进行数值模拟分析，来判断设计方案的可行性；但由于地层分布的不均匀、力学参数的代表性等因素影响，数值模拟分析结果只能起到辅助分析以确定桥梁变形特征以及最不利工况的作用。

为了增强施工风险的预见性，掌握公路路基施工对高铁桥梁准确的变形影响数值，需对桥梁进行监测。

1桩板结构技术桩基工程是高速铁路轨道恢复措施之一。

主要采用钢筋混凝土分为上部结构和下部结构，下部分为桩基，上部分为粘梁和承重板。

利用门架内置钢筋，可将承重板连接到压载轨道基础设施。

不同路段的位置不同，表面结构也不同，所以采用桩施工措施时，工程的技术程序也不同，但大体上差不多。

桩板构造措施的整体建筑程序是：先挖掘路堑；之后压实地面；之后回填填充路基；再之后铺设灰土；然后使用打孔设备进行定位、埋藏护筒、钻孔等步骤；然后查看桩端承载负荷的能力；然后对桩基建筑同时开展检测；然后执行托梁建筑；在之后灌筑混凝土垫层；最后对钢筋混凝土建立模型进行浇筑建筑。

盾构隧道侧穿桥梁桩基础数值分析摘要：为分析地铁区间隧道掘进对桥梁的影响，采用ANSYS有限元方法进行分析，得到隧道掘进过程中桥梁桩基础的变形和内力变化，并对隧道掘进施工过程中桥梁的安全性进行分析，为提高盾构隧道穿越建筑结构的设计和施工提供参考。

关键词：地铁有限元桥梁桩基础安全性0引言在城市地铁修建的过程中，地铁穿越城市建筑结构、桥梁桩基以及地铁运行区间的工程案例有许多[1～3]。

不同的施工工艺对其周边结构的影响是有所区别，目的就是在地铁穿越的设计施工过程中尽可能远离周边结构，避免对其造成影响，降低各种风险。

尤其是在软土地区修建地铁，区间隧道侧穿桩基时，盾构开挖土体产生的卸载效会对摩擦桩的变形与内力造成影响[4]。

当前，采用有限元数值分析方法对盾构隧道穿越立交桥和房屋桩基施工过程进行模拟计算是很成熟的分析方法。

基于地下工程地质条件的复杂多样性,现有成果不能有效地反映盾构掘进对临近桩基的影响,需要不断地对其展开研究，积累工程经验。

本文运用ANSYS全面模拟盾构施工过程，对区间盾构隧道侧穿桥梁桩基础数值分析,以期进一步完善盾构近接施工分析理论,并为提高盾构隧道穿越建筑结构的设计和施工提供参考。

1工程概论植物园站～龙洞站区间隧道位于天河区，隧道采用土压平衡法盾构施工。

盾构隧道从龙洞站往植物园站施工，在YDK26+880至YDK26+835处侧穿华南快速路桩基。

目前，盾构隧道已掘进到YDK26+26+989处，距华南快速路桥梁桩基础150m。

区间隧道圆形断面，洞径为6.0m，隧道衬砌采用0.3m钢筋混凝土预制管片。

盾构侧穿的桩基为Φ150钻孔灌注桩，按端承桩设计，设计嵌入中风化岩层230cm。

根据区间隧道与桩基础位置平面图，区间隧道结构外边线与桥梁桩基础边界线最近处为3.01m，桥梁桩基础长约34.19m，嵌入区间隧道底部15m。

隧道位于桩基础持力层以上。

图1 区间隧道与桩基础位置平面图图2 区间隧道与桩基础位置横剖面图为保证盾构能够顺利安全地通过华南快速路桩基础，对盾构侧穿时桥梁结构的安全性进行分析。

盾构隧道下穿既有铁路路基及桥梁桩基施工过程影响研究摘要：随着社会不断的发展，人们对出行效率要求的不断提升，铁路基础工程的建设数目正在日益增加。

由于我国幅员辽阔，各地的地形地貌上也有很大的差距，在铁路架设过程中如果出现了山体，其中一个解决的办法就是进行隧道的挖掘和建设。

本文以北京地铁十号线为例，探讨了盾构隧道施工的过程中，铁路路基以及桥梁桩基受到的影响，并且陈述了相应的计算内容，提供了计算下穿模拟的思路。

关键词：盾构隧道；铁路路基；桥梁桩基；影响1、铁路路基以及桥梁桩基在盾构隧道施工的过程中受到的影响在盾构隧道进行施工的过程中，引发铁路和桥梁在结构上产生变形最主要的因素主要有：①因为开挖面在应力释放方面引发了相应的弹塑性变形，从而致使地层反力在大小以及分布方面的改变；②因为地下水位的变化导致覆土层固结并且沉降，让垂直方向上的土壤结构承受更大的压力；③因为正面土壤产生过大的压力而导致弹塑性变形，致使作用土承受的压力增加；④由于盾构推行是附近土壤受到影响而导致土壤结构上的变化，导致弹塑性的下降，致使土壤对桩基产生的反作用力在分布和大小上的变化。

因为以上这些外部条件产生了变化，导致地面路基以及桩体出现下沉或者倾斜等方面的改变。

实际的影响程度是由路基与桩基的结构和强度等内在特征所决定的。

而且在对附近项目施工产生的影响进行研究的时候，还应该考虑到盾构跟桩基距离、施工范围大小以及所在地点的地质结构和条件等。

因为产生影响的因素纷繁复杂，盾构推进导致的铁路路基和桥梁桩基结构上的变化务必要以理论计算作为基础。

而在工程施工中导致的土层沉降以及桩基变形都跟地质结构有比较大的关系，所以要结合地层结构的模型加以分析。

2、理论计算的具体内容和方法2.1计算的内容计算的主要内容有两个方面：①地铁十号线施工对京九铁路的路基在沉降方面产生的影响；②对京沪高铁和动车线路山桥梁结构在变形方面的影响。

2.2计算的方法采用ANSYS软件，并利用三维模式的地层结构的模型，研究盾构隧道在穿越时导致的铁路路基和桥梁桩基的形态变化。

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。