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原文传递邻近基坑卸荷隔离桩保护既有盾构隧道机理研究

论文题名：	邻近基坑卸荷隔离桩保护既有盾构隧道机理研究
关键词：	建筑基坑;卸荷隔离桩;既有盾构隧道;保护机理;环向弯矩;分布规律
摘要：	由于地铁的聚合效应，使隧道周边基坑卸荷工程不断涌现，不可避免的使盾构隧道周边土体产生扰动，导致既有盾构隧道产生附加变形，并进一步对邻近盾构隧道的应力-应变场产生影响，致使管片产生严重变形，甚至可能发生管片开裂，而隔离桩是隔离保护隧道的常用工程手段，需要对邻近基坑卸荷隔离桩保护既有盾构隧道的保护效果及机理进行研究。本文以徐州中川如意广场基坑项目为依托，运用理论计算、数值模拟、正交试验和对比分析的研究方法，分析隔离桩保护下邻近基坑卸荷既有盾构隧道变形、环向弯矩分布规律，对比分析隔离桩的保护效果及保护机理，在此基础上对隔离桩进行正交试验参数分析，进行优化设计。具体工作和主要结论如下：　　（1）基于基坑外设置隔离桩对土体位移场影响的三阶段分析法，计算隔离桩保护下既有盾构隧道附加变形及环向弯矩：首先计算基坑开挖引起的土体自由场水平位移，后根据桩-土相互作用求出隔离桩的侧移，最后根据地层补偿原理由隔离桩变形求解土体位移场，并根据位移两阶段法，将盾构隧道视为winkle地基梁模型，由此建立隧道变形控制方程，并用有限差分法对其进行求解，得到隧道的竖向和水平附加变形，并根据隧道横向计算模型求解隧道的环向弯矩，经过与工程实例作对比，验证理论正确性。　　（2）运用数值模拟方法研究邻近如意广场基坑开挖在隔离桩保护下对区间隧道影响，结果表明：隔离桩在对隧道横、纵向变形及环向弯矩上都起到明显的保护作用，隔离桩对隧道纵向变形的保护原理是隔离桩分担基坑卸荷的一部分，减小了土体的竖向位移；隔离桩对隧道横向变形的保护原理是随着开挖深度增加，土体位移影响区增大，埋入式隔离桩可通过自身变形有效控制深层土体水平位移；隔离桩对隧道环向弯矩的保护效果主要表现在对隧道右拱腰最大负弯矩上，原理是因为隔离桩有效控制了隧道左侧的土体位移，导致左侧隧道围土压力变化较大，而隧道右侧土体位移影响较小，围土压力变化较小。　　（3）通过四因素四水平正交试验分析得出，桩顶埋深和桩长对保护既有隧道横、纵向变形起主要作用，其极差和方差远大于其他因素，显著性为Ⅱ级显著和Ⅲ显著，表明在隔离桩保护既有隧道变形设计中，优先考虑桩顶埋深因素；桩隧距和桩身弹性模量对保护既有隧道环向弯矩起主要作用，其极差和方差远大于其他因素，显著性为Ⅱ级显著和Ⅲ显著，表明在隔离桩保护既有隧道环向弯矩设计中，优先考虑桩隧距因素；　　（4）在一定程度内隔离桩埋深和桩长越大，对既有隧道变形保护效果越好，但当桩长或桩顶埋深达到一定长度之后隔离桩的隔离效应不会再有明显提升；桩隧距和桩身弹性模量对既有隧道环向弯矩保护规律来看，桩隧距越大以及桩身弹性模量越大对既有隧道环向弯矩越好，对隧道拱顶环向弯矩保护效果最好。
作者：	马少波
专业：	岩土工程
导师：	马金荣;陶祥令
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2022