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1、地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究论文.freel,如图1所示。可见,近接施工影响问题已变得非常严重。为了确保近接施工中,新建盾构隧道自身结构的安全稳定,以及施工期间对既有结构物的影响减少到最低限度,本文将针对深圳地铁一期工程天虹—岗厦盾构区间隧道与民房桩基相互近接的施工力学行为,从整体上包括新建盾构隧道、近接桩基以及上至地表环境,进行数值模拟研究。1工程地质概况根据工程地质描述,天虹—岗厦区间地处宽阶地、冲积平原,地形平坦稍有起伏。工程勘测范围内自上而下围岩组成为:第四系全新统人工堆积层Q4ml
2、(由粉质粘土的素填土组成)、冲积层Qal4,(由淤泥质粉质粘3土组成)、第四系残积层Qel、及下伏燕山期花岗岩r5(由砂质粘性土及全风化花岗岩组成)。从整体上看,本区段地质构造相对简单,无明显不良地层,围岩分类为I～II类。2盾构隧道近接既有地下桩结构的空间计算2.1建模情况(1)最不利工况确定根据设计施工图资料,可确定出盾构隧道近接既有地下桩基(民房桩基)施工时的最不利工况,在左线里程CK6+790处,与民房桩基近接距离仅为0.31m,如图2所示。因此,新建盾构隧道近接既有地下桩基的三维弹塑性数值计
3、算将针对这种工况进行。图2盾构隧道近接桩基最不利工况模型(近距0.31m)(2)模型考虑在建模中,为保证计算的准确性,对混凝土管片结构选用了等参8结点空间板壳单元,对于周边围岩体选用了等参20结点三维实体单元进行模拟,而对于福华新村1栋楼(CK6+790)桩基,则选用了三维梁杆单元进行模拟。在隧道和桩结构周边围岩体采用了细密单元,见图2所示。本次计算采用通用大型有限元软件ANSYS进行数值分析,以期获得理想效果。(3)计算参数针对深圳地铁一期工程勘测围岩自上而下的地质情况,将其综合归并为4层材料性质的
4、岩土体,进行研究。即地表浅层Q4ml(地层号Ⅰ)、地中中层Qal和Qel334(地层号Ⅱ)、隧道周边Qel和r5(地层号Ⅲ)及底部r5(地层号Ⅳ)。需要指出,这4层材料参数的确定,是依据对其组分按厚度进行加权平均的处理方法而获得。对于混凝土管片结构,选取C50材料参数,考虑到接头影响以及拟定采用的错缝拼装方式,将管片的刚度折减系数分别确定为0.75、0.85两种情况。而对于地下桩基,根据现场实际确定为C25,所有力学参数列于表1。表1盾构隧道近接既有地下民房桩施工时的计算参数注:3为管片错缝拼装的刚度
5、折减系数。2.2计算分析力场,形成“毛洞”状态时,围岩载荷释放率为25%,管为了说明地下桩基与盾构隧道相互近接的影响,片支护后,围岩载荷完成释放率为75%;如图3所示。需要完成以下3方面工作:(1)模拟施工过程,假定隧道开挖初期自重地应影响施工力学行为进行研究;(2)分别针对无桩和有桩两种条件下,结构相互折减系数η=0.75或0.85分别进行计算。2.3隧道近接福华新村桩基情况2.3.1内力影响因素分析从整体上看,对盾构隧道结构安全产生重大影响的仍然是横向内力及其变化,而不是纵向内力及其变化,通过比较
6、盾构隧道管片最大横、纵弯矩值及其相应轴力,如表2、表3所列,可以更清楚看到这一点。2.3.2结构受力状况分析(1)从整体上看,有桩作用条件下,所获得最大弯矩均比无桩情况下相同位置计算结果要高,而对应轴力则相差不多,这意味着在有桩作用条件下,结构安全度呈现出降低的趋势;(2)从发生位置看,在有桩作用条件下,最大正负弯矩值,均出现在与桩基近接一侧的隧道管片边墙位置;(3)提高刚度折减系数,结构的内力,呈现出一致性增大的趋势;不过相对来看,弯矩的增加更明显一些,而轴力可近视为“不变”。图3模拟盾构隧道施工的
7、整个计算过程村民房桩基净距仅为31cm,因此对近接桩基一侧隧(3)考虑可能采取错缝拼装方式,选取管片刚度道受力状况造成了不利的影响,从加强结构的重点看,应当更关注近接桩基一侧的隧道边墙。表2近接民房桩基(η=0.75或0.85),无桩和有桩两种条件下,隧道最大横向内力比较表3近接民房桩基(η=0.75或0.85),无桩和有桩两种条件下,隧道最大纵向内力比较2.3.3近接施工引起群桩的水平变形如表4所示,近接隧道施工引起的福华新村群桩水平变形情况,从中可得到以下认识:得到桩基沿水平方向的最大“拉伸”变形
8、为4.04cm。(1)隧道近接桩基施工时,产生了明显的较大侧加固的群桩范围达4m;若以3cm受拉变形为控制指向“拉伸”变形;其中当隧道与桩基近距为0.30m时；(2)考察不同近距情况下桩基侧向变形,可以得到以下范围,若以2cm受拉变形为控制指标,则需要则需要加固的群桩范围约1.8m。(3)考虑到施工时产生的较大扰动,争取对福华新村近距1.8m范围内的加固措施。表4近接隧道施工引起的群桩(以η=0.75为代表)2.3.4近接群桩施工引起的地表沉降图4为刚度
