暗挖电力隧道对邻近既有桥梁桩基的影响分析.pdf
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1、2 0 1 3 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构1 1 9 暗挖电力隧道对邻近既有桥梁桩基的影响分析 姬 永 红 , 冯 栋 梁 ( 上海市政工程设计研究总院集团有限公司, 上海市 2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 对成都市某暗挖电力隧道穿越邻近桥梁桩基问题建立二维有限元模型 , 分析了隧道开挖在不同的隧道埋深、 隧道与桩基 中心距下对邻近桥梁桩基的影响规律。分析结果表明: 在桩隧中心距小于一定范围时 , 开挖对桩基的影响很大; 桩身最大水平变 形和最大弯矩的位置随着隧道埋深变化而变化, 且当隧道埋深位于桩中上部时 , 桩身最大水平变形和最大弯矩相对较大。 关键词 :
2、暗挖隧道 ; 邻近既 有桥桩 ; 穿越 ; 隧道埋深 ; 桩隧 中心距 中图分 类号 : U 4 4 3 1 5 文 献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 1 1 9 0 3 0 引言 为 了满足城市供 电需求 、 美化城市景观 、 集约 城市用地 , 很多城市都将 高压 电缆下埋 , 开挖 电力 隧道 。隧道选线往往不能避开既有建筑物 , 如桥梁 桩基 、 高层建筑桩基 , 出现 隧道近距离穿越桩基 的 情况, 这给设计和施工带来了很大的困难。 国内外有许多学者都针对这一 问题进行 了理 论和试验 1研究。伴随着大型通用有限元程序
3、和 计算机硬件 的 日渐成熟 ,有 限元法 已逐渐成为一 种被广泛使用且经济有效地分析方法 , 如王丽、 郑 刚 2 】 、 朱逢斌 等【 1 都采用 了这一方 法分析 了隧道开 挖对邻 近桩基的影 响问题 。 本文以成都蜀都大道东段道路综合整治工程 2 2 0 k V电力隧道工程为背景 , 利用 A N S Y S有限元 软件,建立了二维有限元模型分析了不同隧道埋 深 、 不同隧道 与桩基 中心距条件下 , 隧道开挖对桥 桩的影 响规律 。 1 工 程概况 拟建隧道埋深 日 产 3 71 0 7 m, 内径为 1 = 2 6 m, 外径为 D f2 = 3 7 m, 从成都双桥子立交旁穿 过
4、 , 隧道与立交桥桩基最小 中心距为 D = 2 7 m, 最 小 中心距 处 为引 桥段 ,采 用 单桩 基础 ,桩 间距 L e = 2 0 m。 桥桩桩底埋深 He = 1 8 5 m, 桩径为 D 1 2 m。隧道与桩基相互关系见 图 1 、 图 2 。 土层分布 由上至下分别 为素土层 、 粘 土层 、 粉 质粘土层 、 粉土层 、 细砂层 、 松散卵石层 、 稍密卵石 层 、 中密卵石层 、 强风化泥岩层 、 中风化泥岩层 。 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 3 0 6 作者简介: 姬永红 ( 1 9 7 8 一 ) , 男 , 河南平顶山人 , 高级工程师 从事市政工程的设计
5、与研发工作。 ( ( ) ) L D 0 图 1 隧道与桩 基剖面位 置图 l隧道走向 图 2 隧道与桩 基平面 图 2数值模型与参数选择 2 1 数值模型 由于隧道 为细长结构 ,邻近桥桩近似平行分 布于隧道一侧 , 简化为桩墙考虑 , 因此 , 选用平面 应变模 型分析 隧道开挖对桥桩 的影 响。模型计算 深度取 1 0 D 左右边界距离 隧道 中心取 l 0 。模 型底部设置竖 向位移约束 ,两侧边界设置水平位 移约束 。隧道衬砌 、桩基及土体均采用线 弹性模 型 , 利用 衬砌及 土体采用 P l a n e 8 2单元模 拟 , 桥桩 采用 B e a m3单元模 拟 , 忽略结构与
6、土体问的滑移 。 其中,桥桩断面尺寸按照刚度等效到每延米的原 则取值。 为 了分析 隧道 埋 深 和 隧道 与 桩 中心 距 的影 响 , 选取 了隧道不 同埋深 、 不同桩 隧中心距进行组 合设计模型,隧道埋深及桩隧中心距取值及编号 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 0 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 7 月第 7 期 见表 1 , 模型编号为 M I J , 表示该模型隧道埋深编 号为 I , 桩隧中心距为 J 。如 M1 2 表示该模型隧道 埋深编号为 1 , 桩 隧中心距编号为 2 。 表 1 隧道埋深 及桩隧 中心距编号 编号
7、1 2 3 4 5 隧道埋深 H J m 3 7 5 7 7 7 1 0 7 桩 隧中心口 D + 玩 2 D a D + 3 D , 2 5 距 D0 , m 2 7 6 - 4 1 0 1 1 3 8 l 8 5 2 2 计算参数选择 土层 、 衬砌 、 桥桩参数选取分别见表 2 、 表 3 。 表 2 土层 参数 土层 平均厚度 m 重度 ( k N m 3 ) 压缩模量 MP a 泊松 比 2 3 模拟方法 首先施加土体及结构 自重应力,模拟初始地 应力场, 分以下两个步骤模拟开挖过程: 步骤一: 开挖。杀死隧道断面内土体单元 , 模 拟开挖过程 ; 步骤二: 完成支护。激活隧道衬砌单
8、元 , 模拟 开挖支护过程。 3 计算结果与分析 3 1 开挖步骤对桩基工作性状的影响 图 3和 图 4为模 型 M1 1和 M4 2在 步骤 一 和 步骤二中桥桩的水平向变形和弯矩分布图。模型 M1 1埋深 为 3 7 m, 桩隧 中心距为 2 7 m; 模型 M4 2 埋深为 1 0 7 I n , 桩隧中心距为 6 4 m。 从 以上曲线可 以得出 : ( 1 ) 对于 M1 1 模型 , 开挖面在桩顶附近, 使得 桩顶结构约束较弱, 产生了较大的水平位移。通过 步骤一与步骤二的对比, 发现增加支护后 , 桩顶约 0 4 8 hD , m 1 2 l 6 图 3 不 同开挖工况对桥 桩水
9、平 向变形的影响 0 4 8 h 。 m 1 2 1 6 2 0 图 4 不 同开挖工 况对 桥桩弯 矩的影响 ( 注 : M1 1 - S 1 , M4 2 - S 1为模 型 M1 1 , M4 2开挖 步骤 一与 自重 应 力场 作 用 结 果 的 差 值 , M1 1 一 s 2 , M4 2 - $ 2为模 型 MI 1 , M4 2开挖 步骤二与 自重应力场作 用结果 的差值 。 ) 束增加 , 桩顶位移从 7 m m降至 2 m m, 最大弯矩从 6 4 4 k N m降至 5 0 0 k N m。 ( 2 ) 对于 M 4 2 模型, 开挖面位于桩底附近, 使 得桩底产生 了向
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