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原文传递广州地铁盾构隧道施工对邻近既有桥梁桩基的影响分析

论文题名：	广州地铁盾构隧道施工对邻近既有桥梁桩基的影响分析
关键词：	盾构隧道;邻近桩基;动态模拟;力学响应;施工影响
摘要：	针对盾构隧道施工对邻近桥梁桩基的影响问题，以广州地铁西松区间盾构隧道工程为依托，采用三维有限元方法对盾构隧道邻近既有桥梁桩基施工的动态掘进过程进行模拟，并根据盾构施工的力学行为，对模拟方法进行了合理的优化；在此基础上，系统研究了施工参数、桩隧位置、桩基类型等多种不同工况下，地层变形和既有桥梁桩基的内力、变形及承载特性的变化规律，并对其作用机理进行了分析；结合广州地铁的实际情况，提出了合理的施工控制措施建议，以期在降低施工安全风险的同时，确保既有桥梁桩基的正常使用和盾构隧道的顺利推进。主要研究结论有：　　（1）通过盾构施工参数的对比分析，发现土仓压力、注浆压力、掘进速度对地层及桩基的变形有一定的影响，而地层损失的影响比较明显，应该给予足够的重视；土仓压力较大时，地表会发生隆起，并在开挖面前方约1.5D（洞径）达到最大；地表沉降与注浆压力成反比，与掘进速度、地层损失成正比，适当增加注浆压力，可以减小地表沉降；加快掘进速度，地表沉降有增加的趋势；桩身内力与地层损失成正比，桩身弯矩与桩身侧移密切相关，弯矩和轴力分别在隧道起拱线和拱顶附近达到最大，桩基承载能力损失可达34.9%。　　（2）基于桩-隧相对位置的对比试验，发现桩身内力和变形与水平间距成反比，桩身沉降呈现出刚体位移的效果；桩身变形表现为整体倾斜，桩顶向隧道方向侧移，而桩端向远离隧道的方向倾斜；间距较近时，桩身弯矩分布有4个明显的反弯点。隧道埋深对桩基变形与内力有很大影响，埋深越接近桩端时，影响越大；随着埋深的增加，桩身沉降先增大后减小，当埋深位于桩端以下时，桩端与桩顶侧移方向一致；桩身纵向变形主要分布在隧道拱顶上方一定范围内，向掘进方向凸出；桩身轴力整体上随隧道埋深的增加而减小，而弯矩先增大，后减小，增加幅度较小，减小幅度较大。　　（3）根据施工参数及桩-隧相对位置的模拟分析，从桩身变形与内力的角度看，当水平间距S≥2.5D时，隧道施工对桩基的影响几乎可以忽略不计；隧道埋深位于桩端时，隧道施工对桩基的影响最大，为最不利工况，埋深位于桩端以下时，为最有利工况。建议盾构机在到达桩基2.5D附近时，调整盾构姿态，放慢掘进速度，根据地面荷载、地质条件、隧道埋深等合理设定土仓压力，及时跟进同步注浆，注浆压力以隧道埋深处的地层应力相当或稍大为宜，减少不必要的非正常盾构停机，地层损失应控制在1%附近，以确保盾构施工的顺利穿越。　　（4）通过对盾构隧道不同施工阶段的分析，发现隧道轴线位置处，地层竖向位移随埋深先增大后减小，由沉降逐渐过渡为隆起；地表横向沉降近似符合Peck曲线，曲线中心随盾构推进逐渐由左线中心偏移至线路中心；桩基承台对地层的加固作用类似于复合地基，能有效阻断地层变形的发展，在地表的影响范围约1D；由于双桩承台的整体约束及协调变形，桩身沉降双桩小于单桩；盾构施工对地层及桩基的影响是一个受多因素影响的复杂的动态变化过程，主要可分为三个阶段：盾构到达时、盾构通过时以及盾构通过后；不考虑时间因素，二次扰动对桩基的影响，主要与水平间距有关，变形受扰动的影响会发生正向或反向叠加。　　（5）通过对不同桩基类型的研究发现，双桩中前后桩变形规律类似，变形差距较小，由于前桩的遮挡作用，双桩中后桩的内力与变形较同位置单桩小；端承桩与摩擦桩的桩身沉降差及轴力增量沿桩身深度成近似线性增加，端承桩轴力增量远大于摩擦桩，桩身压缩量明显增大，桩身弯矩分布类似。基于盾构隧道施工对周围环境的影响机理，对施工控制措施按照：变形诱因、传递过程、扰动对象进行分类，结合广州地铁西松区间的实际情况，对施工参数进行优化以后，建议采用地面袖阀管注浆及洞内导管注浆的方式进行中间地层的加固。
作者：	王杰
专业：	市政工程
导师：	叶四桥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023