地铁盾构隧道穿越对建筑物桩基础的影响分析.doc

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1、地铁盾构隧道穿越对建筑物桩基础的影响分析【摘要】针对上海虹桥综合交通枢纽工程地恢2号线和10号线地铁盾构隧道穿越对西航站楼桩基础的彩响问题，采用两阶段分析方法对盾构隧道穿越对建筑物桩基础的影响进行分析研究。分别采用简化分析方法和位移控制有限元方法，对单隧道工况和多隧道工况下盾构隧道穿越对PHC桩基础的影响进行分析。结合分析结果提出相关工程设汁措施，采用位移控制有限兀方法进行多隧道工况下考虑丁程措施的影响分析，并在实际丁•程中应用。盾构隧道穿越过程的相关监测结果表明，盾构穿越对西航站楼基础结构的影响都

2、在安全可控的范围内。【关键词】盾构隧道；上部结构；桩基础；两阶段分析方法；位移控制有限兀引言随着沿海软土地区城市轨道交通建设的快速发展，城市的地铁盾构隧道穿越周用通常存在已建的建（构）筑物。特殊悄况下，盾构隧道需穿越己建建筑物的桩基础。盾构施工产生软土地层土体损失，从而导致隧道附近土体应力场发生重分布，邻近桩基周边法向应力将有不同程度的释放，使得桩基的承载能力折减。同时，隧道施工引起隧道周围地层移动，其产生的自山土体位移场使得丁•作状态的桩基产生附加的弯矩和变形，对桩基础的使用安全产生风险。地铁盾构

3、隧道穿越对邻近建筑物桩基础的影响分析成为当前城市地下空间开发中的热点问题。在上海蛀桥综合交通枢纽西航站楼丁.程中，根据地恢线路施工的丁期安排，地诙2号线和10号线的地铁盾构隧道点西航站楼桩基础和上部结构施工完成后先后进行。地铁历构隧道趴离两侧工程桩的趴离仅有约24〜4.8m,剖面关系图见图1。在盾构隧道穿越己建建筑物桩基础时，盾构的掘进会产生土体损失和应力释放，对邻近桩基产生不可忽视的影响，需要対盾构隧道穿越对桩基础的影响进行分析，并在西航站楼桩基础设计过程中采取相关技术措施。针对上海虹桥综合交通枢

4、纽工程地铁盾构隧道穿越对西航站楼桩基础的影响问题，采用两阶段分析方法对盾构隧道穿越对上部结构桩基础的影响进行分析研究。分别采用简化分析方法和位移控制有限元方法,对单隧道工况和多隧道工况下盾构穿越对PHC管桩桩基础的影响。结合分析结果，提出减小盾构隧道对桩基础爆响的相关工程设计抱施。采用位移控制有限元方法进行多隧道工况下考虑工程措施的秦响分析。图1上海虹桥交通枢纽工程西航站楼和盾构隧道关系剖面1、相关分析方法桩和盾构隧道之间的相互作用是一个复杂的土和土中结构物相互作用问题，隧道施工对临近桩基础影响的实

5、质是一种被动桩的问题。被动桩承受盾构隧道穿越导致的周围土体位移和应力释放，而产生附加的桩身位移和内力。当前，国内外对于被动桩的分析方法大致分为两类：整体分析法和两阶段分析法。1.1整体分析方法整体分析法就是将桩与周围土体以及引起土体位移的隧道施工视作一个整体,通常采用三维整体有限单元法或有限差分法进行整体数值分析，计算隧道施工荷载引起的土体位移作用下被动桩的力学反应。Mroueh和ShahrouH1】采用三维有限元程序PECPLAS模拟隧道施工的真实过程分析隧道施工对桩基及上部结构的影响，土体采用非

6、相关联的Mohr-Coloumn准则理您弹塑性模型。卿伟炭和麼红建⑵基于黄土地层情况，采用邓肯TK的非线性本构模型,建立了隧道、桩与土相互作用的二维有限元模型，讨论了黄土地层中盾构隧道穿越对邻近桩基础的影响规律。整体分方法计算最大且建模复杂，往往盂要专业的软件，不易被工程设计人员接受，另外真正准确模拟隧道施工的全过程和各个坏节是很困难的。1.2两阶段分析方法两阶段分析方法就是将土体位移对被动桩的影响过程分为两个阶段：第一阶段，采用经验方法、解析法或有限元法估算无桩时外荷载引起的自山位移场；第二阶段，

7、将第一阶段得到的自山位移场施加于桩身,得到桩基的力学反应。相对于整体分析法，两阶段分析方法意义明确，计算简便，易于工程设计人员所接受。常用的两阶段分析方法有简化分析方法和位移控制有限元方法。（1）简化分析方法采用简化解析方法进行两阶段分析，首先采用Loganathan和Poulos131提出的解析解估算山于隧道开挖引起的土体自山位移场：其次，基于Winkler地基模型，建立单桩在被动位移下的控制方程及其差分形式矩阵；考虑群桩中“被动桩”的存在对土体自山场的约朿作用，通过剪切位移法及Mindlin解得

8、到竖向和水平向土体位移传递系数,以考虑被动群桩的桩桩相互作用，计算群桩的遮拦位移；最后通过叠加原理计算群桩山于隧道施工产生的位移和内力。简化分析方法相对于整体分析方法來说，意义明确且计算简单，但仅能分析单个隧道工况下的土体位移场，无法考虑多个隧道等复杂悄况。（2）位移控制有限元方法（DCM）位移控制有限元方法依照应力释放的思想°%考虑利用现场监控数据或预期隧道断血的变形，将位移加载边界引入隧道施工有限元模拟中，采用有限兀方法分析邻近桩基础的受力和变形。具体方法利用位移