盾构隧道施工对既有建筑物基桩影响的数值模拟①

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1、第１１卷第４期铁道科学与工程学报Ｖｏｌｕｍｅ１１Ｎｕｍｂｅｒ４２０１４年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇｕｓｔ２０１４盾构隧道施工对既有建筑物基桩影响的数值模拟①１，２３１王净伟，杨信之，阮波（１．中南大学土木工程学院，湖南长沙４１００７５；２．中铁上海设计院集团有限公司天津分院，天津３０００７３；３．湖南省有色地质测试研究中心，湖南长沙４１００７１）摘要：针对地铁隧道常用的盾构开挖方式，在考虑开挖面扰动、土仓压力、盾壳与土层间的摩擦力以及注浆层对地表沉降影响的基础上，对盾构隧道的施工过程进行数值模拟，研究盾构隧道开挖对邻近基桩的影响规律。结

2、果表明：在隧道轴线方向，盾构开挖对基桩的影响范围大约为基桩前方２０ｍ至后方２５ｍ；盾构开挖引起的桩身附加轴力随着埋深的增加而增大，在隧道埋深处达到最大值；盾构开挖引起的基桩弯矩随着开挖面与基桩间距离的减小而逐渐增大，开挖至基桩位置时，垂直于隧道轴线方向的弯矩达到最大值。关键词：地铁隧道；盾构；数值分析；地表沉降；桩基；轴力；弯矩中图分类号：ＴＵ４７３文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－７０２９（２０１４）０４－００７３－０７Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇｐｉｌｅｓｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ１，２

3、３１ＷＡＮＧＪｉｎｇｗｅｉ，ＹＡＮＧＸｉｎｚｈｉ，ＲＵＡＮＢｏ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｈａｎｇｈａｉＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．ＴｉａｎｊｉｎＢｒａｎｃｈ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７３，Ｃｈｉｎａ；３．ＨｕｎａｎＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｆｏｒｔｈｅｃｏｍｍｏｎｓｈｉｅｌｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｓ

4、ｕｂｗａｙ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｈｉｅｌｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｎｐｉｌｅｓｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｂｙｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｓｏｉｌｃｈａｍｂｅｒ，ｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｌａｙｅｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｈｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｓｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅａｆｆｅｃｔｉｎｇａｒｅａｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉ

5、ｄｅｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｓｈｉｅｌｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｆｒｏｍ２０ｍｉｎｆｒｏｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｌｅｓｔｏ２５ｍｂｅｈｉｎｄｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌａｘｉｓ．Ｔｈｅｐｉｌｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌａｘｉａｌｆｏｒｃｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｓｈｉｅｌｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｂｕｒｉｅｄｄｅｐｔｈａｎｄｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｉｎｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｍｏｍｅｎｔｏｆｐｉｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｅｃ

6、ａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｈｉｅｌｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｇｒｏｗｓｃｏｎｔｉｎｕａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｒｅｄｕｃｅｄｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅａｎｄｐｉｌｅ．Ｔｈｅｍｏｍｅｎｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｔｕｎｎｅｌａｘｉｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｗｈｅｎｅｘｃａｖａｔｉｎｇｔｏｔｈｅｐｉｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌ；ｓｈｉｅｌｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ；ｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ａｘｉａｌｆｏｒｃｅ；ｂｅｎｄｉｎ

7、ｇｍｏｍｅｎｔ［１］盾构法具有安全快速、适用范围广以及对周围形，而地层的变形会引起临近桩基变形和附加［２－３］地层扰动小等特点，在城市地铁建设工程中得到了内力，进而可能会影响上部建筑物的使用寿命广泛的应用。盾构掘进过程会使周围地层产生变和正常使用。针对以上问题，国内外学者进行了大收稿日期：２０１４－０２－０５①基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７８１７５）通讯作者：阮波（１９７２－），男，