盾构隧道施工对邻近桥梁群桩基础的影响分析.pdf
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1、桥隧工程盾构隧道施工对邻近桥梁群桩基础的影响分析郝卓佳(柳州铁道职业技术学院,广西柳州5456 16)摘要:文章以某隧道侧穿桥梁群桩基础为例,采用FLAC3D软件建立数值模型,重点分析了隧道施工对群桩基础竖向位移、水平位移、轴向应力以及切应力的影响,由此得出:桩基离隧道轴线越近,隧道开挖时对桩基的竖向位移就越大,且随着桩埋深的增大,桩基竖向沉降减小;桩基离隧道轴线越近,其水平位移受到的影响越大,且随着桩基埋深的增大,桩基水平位移增大,桩底水平位移最大;隧道开挖过程中,桩基离隧道轴线越近,其轴向应力受到的影响就越大;群桩的切应力曲线比较接近,随着桩基埋深的增大,切应力有沿负方向增大的趋势,在桩底
2、部位切应力最大;桩基后排切应力略大于前排,这与后排桩受前排桩屏蔽效应有关。关键词:盾构隧道;群桩基础;位移;应力;数值模拟中图分类号:U455.2文献标识码:ADOl:10.13 2 8 2/j.c n k i.w c c s t.2 0 2 3.0 8.0 45文章编号:16 7 3-48 7 4(2 0 2 3)0 8-0 141-0 20引言城市地铁盾构隧道建设过程中,不可避免地会穿越邻近桥梁群桩基础。隧道施工会导致周围土体发生卸荷和变形,从而影响邻近桩基的安全,因此,研究盾构隧道施工对邻近桥梁群桩基础的影响具有重要的意义。近年来,国内学者对此进行了一些研究,主要有:张福强、郑熹光等 1
3、-2 通过有限元数值模拟分析盾构隧道施工对邻近群桩基础的影响,以实际工程为依托建立三维数值仿真模型,研究结果表明在隧道开挖完成后,邻近桥梁桩基础极限承载力下降了5.7%,对邻近建筑物有一定影响,由隧道掘进施工引起的桩基础的附加沉降较小,不会引起桥梁上部结构内力明显的变化;李光伟、曹鹏等 3-4以城轨线盾构隧道近距离下穿京沪高速铁路桥梁的实际工程为背景,分析盾构隧道施工对既有桥梁基础的影响,采用大型有限元软件ABAQUS建立铁路桥群桩基础,隧道及周围土体的三维有限元模型,模拟盾构隧道开挖过程,并对铁路桥基桩的位移,倾斜及内力的变化情况进行分析;王栓、刘喆等 5-6 以某城市地铁2 号线近接魁奇二
4、路人行天桥桩基础不同工况,建立三维有限元数值模型,研究盾构施工顺序对邻近桥梁群桩基础的影响,结果表明盾构施工会引起桩基础偏向开挖侧的水平位移,盾构施工对桩基础变形和弯矩的影响较小,为了减小盾构施工对桩基础变形的影响,施工时建议先掘进右线后掘进左线。本文主要以某隧道侧穿桥梁群桩基础为例,采用FLAC3D建立数值模型,重点分析了隧道施工对群桩基础的竖向位移、水平位移、轴向应力以及切应力的影响,研究结果可为类似工程设计和施工提供参考和借鉴。作者简介:郝卓佳(198 3 一),硕士,讲师,研究方向:道路桥梁施工控制。1工程概况某隧道工程侧穿某桥梁桩基工程,隧道直径为6 m,埋深为17 m,研究断面处桩
5、基埋深为2 0 m,桩基的端部与隧道底部同高,桩基承台高度为1.0 m,长和宽均为8m,每个承台有4根桩基支撑,桩基之间距离均为4m,桩的直径为1.0 m,其中承台采用C40混凝土,桩基采用C30混凝土。图1所示为隧道与群桩之间的正面图和俯视图,其中隧道距离桩基最近距离为8.0 m。三隧道50m(a)正面图图1桩和承台与隧道位置关系图2数值建模下页图2 所示为采用FLAC3D有限元软件建立的数值模型,图2 中模型的长、宽、高均为50 m,隧道的中心埋深约为17.0 m,隧道直径为6.0 m,除模型上边界外,模型左右、前后边界以及底部均进行位移和边界约束。研究区域内主要土质包括有填土、粉质黏土、
6、强风化岩层和弱风化岩层,其从上至下厚度依次为10.5m5.2m、10.4m和2 3.9 m。土体的本构模型均采用摩尔一库仑3桩14桩2H4m隧道50m(b)俯视图2023年第8 期总第19 3 期141桥隧工程本构模型,建模时各部件均采用实体单元。隧道衬砌采用C60混凝土,衬砌厚度取50 cm。桩基埋深为2 0 m,桩基承台高度为1.0 m,长和宽均为8 m。表1所示为从上至下的土体的物理力学参数,表2 为衬砌、桩基和承台的相关参数。二填土粉质黏土强风化岩层弱风化岩层桩和承台衬砌隧道土层图2 数值模型图表1:土体的物理力学参数表弹性模量泊松比重度粘聚力内摩擦角土层材料E(MPa)填土10.2粉
7、质黏土9.5强风化岩层36.4弱风化岩层78.0表2 隧道结构力学参数表弹性模量重度材料E(GPa)衬砌32承台30大竖向位移是4#桩的2.3 3 倍。综上可知,桩基离隧道轴线越近,其竖向位移受到的影响越大。1桩2桩5F34桩020F-2.5-2.0-1.5-1.00.50.0竖向位移(mm)(a)工况一图3 隧道开挖对桩基竖向位移影响曲线图3.2桩基水平位移分析图4所示为隧道开挖对桩基水平位移影响曲线。由图4(a)可知,隧道开挖至一半时,靠近隧道一侧1#桩和2#桩水平位移略大于远离隧道轴线侧的3#桩和4#桩;(kN/m3)c(MPa)0.3819.00.3120.00.2222.60.202
8、4.1(kN/m3)25281桩5+2桩+3桩10420F3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0竖向位移(mm)(b)工况二盾构已穿越的2#桩和4#桩的水平位移又略大于未穿越2825.067.54230.55239.0泊松比0.30.3的1#桩和3#桩,桩底水平位移最大。由图4(b)可知,隧道开挖完成时,靠近隧道一侧1#桩和2#桩竖向位移略大于远离隧道轴线侧的3#桩和4#桩;2#桩和4#桩以及1#桩和3#桩的竖向沉降基本相同,且桩底水平位移最大。综上可知,桩基离隧道轴线越近,其水平位移受到的影响越大,且随着桩基埋深的增大,桩基水平位移增大,桩底水平位移最大。-1*桩2桩+2柱+3桩3桩
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