盾构隧道下穿高架桥桩基础变形特性研究

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1、盾构隧道下穿高架桥桩基础变形特性研究第一章引言1.1研究背景与意义现代化城市进程不断加快，城市人口密度不断增加，土地越来越不能满足人们对交通的需求，交通拥堵、空间狭小、环境污染等使城市问题日益严重。为了寻求城市的可持续发展，充分利用地下空间，缓解或从根本上解决人口增长对城市环境的压力和威胁，以地铁为代表的城市轨道交通建设正在全国如火如荼进行中[1-2]。武汉地铁（etro），即武汉轨道交通，是服务于中国武汉市的城市轨道交通系统。按规划，武汉地铁将由3条市域快线和9条市区线路构成，共设站309座。主城区线网规模将达到333公里，共有7条长江通道，其中6条位于主城区。今后，武汉市66%的人口在60

2、0米的步行范围内就能找到地铁站。至2017年，将会开通7条中心城区线路及2条新城区线路，其中中心城区路线总长235.9公里，新城区路线长达37.16公里。按规划到2020年武汉城区将有9条线路，新城将有5条线路，武汉轨道线网规模将达到将近400公里。由于早期城市规划建设的客观原因，新建地铁线将不可避免地穿越大量既有桥梁。根据国内外工程实例，如今地铁隧道施工多为采用盾构法施工，而盾构隧道施工时会扰动地层、产生变形并直接传递到既有近接桩基上，这将改变桥梁桩基础周围土体的应力状态，使桥梁发生相应的不利变形，进而给桥梁整体带来安全隐患，并且地铁与地下工程建设的特点和水文地质等多方面不确定性因素的影响，

3、使得地铁与地下工程的建设不可避免地存在许多工程建设风险。为减少地铁盾构隧道施工对高架桥桩基础的干扰，保证桥梁正常使用的安全，降低工程建设风险是具有重要指导意义且迫切解决的重要课题[3-4]。..1.2国内外研究现状在大量的工程项目中，较准确的预测盾构开挖施工引起的地层变形对于工程施工有着重要的意义，许多国内外学者在这方面进行了大量的研究工作，提出了许多种预测方法，大致归纳为经验公式法、解析法、模型试验法以及数值模拟法等[5]。在第七届国际土力学与基础工程会议上美国著名科学家Peck提出隧道掘进中引起地层沉降槽的形状近似于概率论中正态分布曲线，并且提出了计算盾构施工中引起的地层沉降值的Peck公

4、式[6]，这是研究隧道盾构法施工引起地层变形的经典预测理论与方法，如图1.2所示。随着岩土科学的不断发展，许多学者用一些假设与简化得出的解析方法对于工程项目设计与现场施工也是具有一定的借鉴意义，也能够在一定程度上预测出盾构开挖引起的地层变形规律。Sagaseta[10]假设地层性质为弹性均质不可压缩的，用镜像源法来消除虚拟边界条件，认为隧道开挖引起土体位移是应变控制的，采用绝对位移变量求解地层土体的应力场和位移场，提出在此条件下地层变形的三维沉降公式。LoganathanGpouols[11]利用间隙参数的概念，重新定义了针对不排水条件下地层的损失，提出了等效地层损失参数的概念，此参数结。.第

5、二章盾构法施工影响地层及桥桩变形机理2.1盾构法施工影响地层变形分析盾构隧道施工掘进的过程中，周围的地层土体会受到施工带来的干扰，其主要表现为土体本身应力、应变状态的变化[19-20]。盾构施工与地层土体的相互作用关系如图2.1所示。综合以上几点因素，总结了几点隧道盾构施工引起土体应力、应变状态变化的扰动因素：（1）盾构掘进时引起的挤压使开挖面土体的初始平衡条件发生变化；（2）盾构掘进时盾构机周围土体应力释放，引起土体的应力重分布，产生剪应力，发生剪切破坏；（3）盾构机机身与附近土体产生的界面摩擦力导致土体应力状态的改变；（4）盾尾间隙和壁后注浆引起土体的径向位移；（5）隧道盾构开挖后引起土体

6、的固结变形；（6）隧道衬砌层注浆后发生的收缩变形引起附近土体的应变扰动等。先行沉降是指在盾构机尚未到达既定监测点之前，盾构开挖面还距离测量位置一定距离时，在盾构前方设计线路上的土体产生沉降现象。此种地层沉降是由于随着盾构掘进的过程中地下水的流失而导致土体上层覆土厚度增加而产生压缩和固结沉降。开挖面前方土体沉降或隆起是指盾构机即将到达既定监测点之前开始，直至盾构机到达监测点正下方的过程中地层产生沉降的现象。发生这类现象的原因主要是挖面的崩塌、盾构机的推力过大或过小导致土体的应力释放，地层发生塑性变形，引起开挖面土压力失衡。..2.2盾构法施工影响桩基础变形分析本章主要内容为以下几点：（1）详细分

7、析了盾构法施工对地层的变形影响，盾构隧道施工会对周围土体带来干扰，会对土体本身的应力应变产生影响，从而使土体发生应力释放和压缩位移等变化。而土体所发生的变化不外乎引起地层的沉降，地层的沉降则主要表现为纵向沉降和横向沉降两种，地层纵向沉降则主要体现在盾构隧道中心正上方地层在受到盾构施工的干扰而发生的位移，地层横向沉降主要表现为地层损失和扰动后的土体固结。（2）详细分析了盾构法施工对桩基础的变形影响，