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盾构隧道开挖对邻近桩基水平向变形影响分析

盾构隧道开挖对邻近桩基水平向变形影响分析

作者：肖谊北京交通大学

学位级别：硕士

桩基础是目前使用最为广泛的地基加固形式,是城市建筑物、桥梁最常用的基础形式。具有承载能力强、施工简便的特点,能够有效的将上部结构荷载传递到土体中,减小基础的沉降和上部结构的变形。于此同时,随着我国城市化的进一步发展,地铁... 详细信息

桩基础是目前使用最为广泛的地基加固形式,是城市建筑物、桥梁最常用的基础形式。具有承载能力强、施工简便的特点,能够有效的将上部结构荷载传递到土体中,减小基础的沉降和上部结构的变形。于此同时,随着我国城市化的进一步发展,地铁作为最为方便快捷的城市交通系统也得到迅速发展。因此,地铁隧道,尤其是方兴未艾的盾构隧道的开挖对既有桩基础的影响成为工程中非常重要的课题。本文从桩土位移协调变形的角度出发,基于桩土荷载传递函数和桩体挠度变形方程,研究盾构隧道开挖引起的桩土关系,旨在分析得出桩体在土体变形影响下的变形规律。(1)在Loganathan给出的盾构隧道开挖引起的土体竖向位移解析解基础上通过引入间隙参数的概念,结合荷载传递原理,利用剪切位移法建立盾构隧道开挖作用下的桩土荷载传递方程。采用拟合方法对该一元二次非其次微分方程进行求解,可得到桩体任意深度的竖向位移和轴力的解析解。(2)根据求得的桩体轴力,在Loganathan给出的盾构隧道开挖引起的土体水平向位移解析解基础上,假设桩为竖向放置的弹性地基梁,利用文克尔假定,建立考虑轴力的桩土变形协调方程,即桩的挠度曲线微分方程。采用有限差分的方法对该方程求解,得到桩体水平向变形的数值解。(3)根据影响桩体变形的四种影响因素,分别选取三种具有代表性的典型工况,采用单因素分析方法,分别比较了不同桩位、不同地基反力系数、不同土体参数和不同长细比下的桩-土关系,总结了各个因素下的桩身轴力、桩体水平向变形及轴力对桩体变形的影响。(4)基于群桩的位移传递理论,通过分析群桩的土体位移传递系数,结合前文的荷载传递模型和挠度微分方程,利用Matlab程序计算实际工况下桩体的轴力和位移分布,并与同样桩位的单桩做比较,分析了群桩中近桩对远桩的轴力和变形的遮挡作用。

关键词：盾构隧道开挖桩基础荷载传递函数挠度曲线方程群桩

盾构隧道开挖对沿线邻近桥梁的桩基变形和受力特性研究

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盾构隧道开挖对沿线邻近桥梁的桩基变形和受力特性研究

作者：黄文宝广州大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展,大城市的地上空间使用日益紧张,同时城市用电需求日益增长,为确保用电的安全性,越来越多的综合管廊和电力隧道在建设。然而受到地下空间的限制,电力隧道开挖不可避免的对邻近建筑物产生影响,特别是建筑物的桩基... 详细信息

随着我国经济的快速发展,大城市的地上空间使用日益紧张,同时城市用电需求日益增长,为确保用电的安全性,越来越多的综合管廊和电力隧道在建设。然而受到地下空间的限制,电力隧道开挖不可避免的对邻近建筑物产生影响,特别是建筑物的桩基础,预测桩基础受到隧道开挖的作用已成为研究的重要课题之一。本文使用MIDAS/GTS有限元软件,结合广州电力隧道工程项目资料,建立三维实体模型进行计算分析。同时利用两阶段的解析法,第一阶段基于Loganathan公式及其修正公式计算隧道开挖引起的土体位移变形,第二阶段基于Pasternak地基模型分析土体位移变形引起的桩身位移和内力。根据监测等资料进行比较讨论,本文主要有以下工作:(1)归纳总结国内外隧道开挖对邻近桩基影响的研究现状,其中包括盾构法隧道开挖施工原理、隧道开挖对地表沉降的发展过程和影响因素、隧道开挖条件下被动单桩和群桩的力学反应原理。(2)利用有限元软件MIDAS/GTS建立三维实体模型,对隧道开挖沿线旁穿高架桥桩基进行模拟分析,探讨了隧道开挖对地表和深层土体的竖向位移的影响,分析桩到隧道距离对桩身的位移和内力影响,以及不同开挖阶段对桩身变形分析。结果表明,隧道开挖导致地表和深层土体竖向位移形成类似Peck沉降槽曲线,最大竖向位移出现在隧道轴线正上方,由于桩基的阻拦效应,桩基外侧的土体受到隧道开挖影响较小。随着隧道间距的增大,桩基受到隧道的影响越小,桩身出现弯矩值为零的位置往上移,弯矩曲线出现峰值越多。桩基水平位移主要集中在隧道开挖到桩身截面前后两个施工阶段。(3)解析法计算隧道开挖对隧道周围土体和桩基影响,利用Loganathan公式及其修正公式计算隧道周围土体的位移,基于Pasternak地基模型分析隧道对的桩基的影响,分析了考虑侧向土体三维作用效应下隧道开挖对桩基的影响。分别讨论了土体摩擦角、土体弹性模量、地层损失比、桩到隧道间距和地基土剪切层厚度因素对单桩水平位移和弯矩的影响。结果表明,修正的Loganathan公式在基于Pasternak地基模型计算的桩基位水平位移和弯矩更准确。(4)依据相关规范和工程经验确定地表沉降和桩基变形的控制标准,总结盾构掘进施工的桥梁桩基的保护措施和施工监测方案,通过数值模拟计算结果和实际监测数据的对比分析,隧道开挖引起地表沉降和桩基的变形均在规范控制范围以内,表明数值分析的准确性和对施工具有可指导意义。

关键词：盾构隧道开挖数值模拟 Loganathan公式 Pasternak地基模型土体竖向位移桩基水平位移桩基内力

地铁盾构隧道开挖对邻近受荷桩基附加响应影响的研究

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地铁盾构隧道开挖对邻近受荷桩基附加响应影响的研究

作者：薛芳中北大学

学位级别：硕士

随着我国城市轨道交通事业的飞速发展,截止至2017年底,我国已有33个城市运营城市轨道交通达到4712km。其中,地铁线路运营总里程为3884km,占整个轨道交通总里程的82.4%。由于城市建筑环境的复杂性（建筑物密度大、地下管线复杂）,为了减... 详细信息

随着我国城市轨道交通事业的飞速发展,截止至2017年底,我国已有33个城市运营城市轨道交通达到4712km。其中,地铁线路运营总里程为3884km,占整个轨道交通总里程的82.4%。由于城市建筑环境的复杂性（建筑物密度大、地下管线复杂）,为了减小对城市生活的影响,盾构施工是城市地铁建设常用的施工方法。盾构施工过程中对地层变形的影响是由多种因素造成的,包括掘进速度、掌子面推力、注浆压力、刀盘扭矩及土体参数取值等。本文首先设计了多因素条件下的正交试验,通过对FLAC3D数值计算结果进行极差分析,确定注浆压力是盾构施工过程中对地层变形影响最大的因素。然后分析了注浆压力不确定性对盾构开挖后地层变形的影响,并与文献结果进行对比,验证了本文模拟方法的可行性。然后,本文结合现场监测数据,基于遗传算法对数值分析所需要的参数进行反分析,此过程中,借助于神经网络在建立高度非线性模型方面的优势,建立施工参数与地表位移之间的映射模型,基于此替代正分析过程的数值模拟计算过程,以此降低正向数值模拟的运算工作量。最后,基于反分析得到的参数再次开展数值模拟,分析得到的较为准确的盾构施工对邻近受荷桩基的附加响应的影响。得到的主要的研究成果有:（1）通过完成正交试验,基于FLAC3D数值模拟方法,重点分析研究盾构施工过程中注浆压力、顶推力、压缩模量和不排水抗剪强度4种因素的不同施工参数对地层变形的影响。表明注浆压力对地层变形的影响远大于其他因素的影响程度。（2）首先建立“注浆压力-地表沉降”映射模型,然后进行注浆压力反分析计算,构建出完整的“基于位移反分析原理的精确仿真计算法”,从而基于有限点位的监测数据反演出各施工阶段邻近受荷桩基的附加响应值。（3）在盾构隧道的施工过程中,施工参数的不确定性会对邻近受荷桩基的附加响应产生明显影响,其中对桩身附加弯矩的影响最大。

关键词：盾构隧道开挖注浆压力反分析法受荷桩基附加响应

基于间隙参数模型的盾构隧道周围土体位移分析

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岩土力学 2005年第10期26卷 1602-1606页

作者：杨冠天项彦勇张峰北京交通大学土木建筑学院北京100044 北京城建盾构公司北京100029

基于一种盾构加载模型并引进间隙参数的概念,对盾构隧道周围土体位移的机理及预测方法进行了总结。盾构相对于设计轴线的偏移是影响土体变形的主要原因之一。确定间隙参数是应用解析方法的关键步骤,提出了一个半经验、半解析方法,并针... 详细信息

基于一种盾构加载模型并引进间隙参数的概念,对盾构隧道周围土体位移的机理及预测方法进行了总结。盾构相对于设计轴线的偏移是影响土体变形的主要原因之一。确定间隙参数是应用解析方法的关键步骤,提出了一个半经验、半解析方法,并针对一个工程实例把现场测量值和理论计算值进行了对比分析。

关键词：盾构隧道开挖间隙参数地层移动解析方法

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盾构隧道各施工阶段土体位移数值模拟

盾构隧道各施工阶段土体位移数值模拟

作者：陈炳渠合肥工业大学

学位级别：硕士

为满足日益增加的公共交通的需求,各城市加快了修建城市地铁的步伐。盾构法作为隧道开挖的常用方法,已较为广泛的运用到城市地铁的修建中。文章基于法国里昂地铁隧道D号线延线工程,首先对盾构施工过程进行了阶段划分,分析了各阶段土体... 详细信息

为满足日益增加的公共交通的需求,各城市加快了修建城市地铁的步伐。盾构法作为隧道开挖的常用方法,已较为广泛的运用到城市地铁的修建中。文章基于法国里昂地铁隧道D号线延线工程,首先对盾构施工过程进行了阶段划分,分析了各阶段土体竖向位移的规律。使用PLAXIS进行二维有限元数值模拟,并用FLAC 3D进行三维有限差分数值模拟。将数值模拟的结果和现场实测数据进行对比,对盾构隧道开挖引起的土体沉降进行了较为深入的研究。本文主要研究内容如下所示:(1)利用有限元软件PLAXIS对隧道开挖进行二维数值模拟。在二维模拟中使用了模拟最终阶段地表沉降较为常见的两种方法:应力释放法和径向收缩法。监测数据和数值模拟结果进行对比,验证了两种方法在分阶段施工模拟中的适用性,同时也考虑了不同土体本构模型的选择对数值模拟结果的影响。(2)利用有限差分软件FLAC 3D对隧道开挖进行三维数值模拟。三维数值模拟中使用了精细化建模的方法,考虑了隧道埋深、土体分层、地下水位、目标掌子面施加梯形支撑力、盾构机锥形形状、盾尾梯形注浆压力、注浆体的凝固和衬砌的及时施加等因素的作用下,隧道开挖的不同阶段对地表位移和隧道拱顶位移的影响。三维精细化模拟结果和实测值对比,验证了三维精细化模拟的适用性。(3)利用有限差分软件FLAC 3D对盾构施工过程中影响土体位移的三个因素—目标掌子面上的梯形支撑力、临空面上的梯形注浆压力和注浆体模量进行研究,利用这三个影响因素减小盾构法施工过程产生的地表沉降。

关键词：盾构隧道开挖二维数值模拟三维数值模拟施工阶段应力释放法径向收缩法精细化模拟

考虑界面脱空和土体屈服的盾构下穿管线响应计算

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岩土工程学报 2024年第10期46卷 2129-2137页

作者：林存刚王忠杰赵辰洋陈瑜梁禹黄林冲丁智中山大学土木工程学院广东广州510275 隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室广东广州510275 广东省地下空间开发工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 广东省海洋土木工程重点实验室广东广州510275 浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室浙江杭州310015

大量试验证实盾构隧道开挖可引起管线与土体界面脱空和土体屈服现象。基于无拉力Winkler地基及管线地基承载力理论,将界面脱空和土体屈服判据条件引入管土线弹性相互作用分析;由此推导了考虑界面脱空和土体屈服影响的管土非线性相互作... 详细信息

大量试验证实盾构隧道开挖可引起管线与土体界面脱空和土体屈服现象。基于无拉力Winkler地基及管线地基承载力理论,将界面脱空和土体屈服判据条件引入管土线弹性相互作用分析;由此推导了考虑界面脱空和土体屈服影响的管土非线性相互作用计算方法,并与模型试验结果对比验证了其适用性。参数分析发现,界面脱空范围随管线抗弯刚度增大而拓宽;受管土分离和地基屈服影响,管线响应随地层损失呈非线性变化;在土体脱空和屈服范围较大时,其对管线响应影响显著,忽略该效应将导致计算管线挠度和弯矩过于保守。

关键词：盾构隧道开挖管土相互作用界面脱空土体屈服无拉力Winkler地基

考虑盾构下穿的超大跨度钢波纹管连拱涵施工/运营安全预测分析

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考虑盾构下穿的超大跨度钢波纹管连拱涵施工/运营安全预测分析

作者：吴世栋深圳大学

学位级别：硕士

在建筑密集的城市中建设公路与地铁隧道,遇到软土地层且无法避开时,为确保施工期间工程安全推进及结构建成后长期运营安全,必须对软土地层进行加固处理。本文依托广东省佛山市某一级公路工程,采用数值分析方法,对考虑盾构下穿的超大跨... 详细信息

在建筑密集的城市中建设公路与地铁隧道,遇到软土地层且无法避开时,为确保施工期间工程安全推进及结构建成后长期运营安全,必须对软土地层进行加固处理。本文依托广东省佛山市某一级公路工程,采用数值分析方法,对考虑盾构下穿的超大跨度钢波纹管连拱桥施工及运营安全展开了研究与分析。主要研究内容为:(i)建立完全流-固耦合二维平面有限元模型,对钢波纹管连拱涵施工进行了数值模拟,分析了拱涵与地层的沉降变形、钢波纹管结构的受力和变形,并对影响地层变形的主要因素进行了敏感性分析;(ii)基于(i)中的平面有限元模型,建立完全流-固-动力耦合三维有限元模型,对动力周期车辆荷载作用下的拱涵桥进行了研究,分析了拱涵桥的动力响应,以及周期车辆荷载作用下拱涵的受力与变形;(iii)依据工程实际情况,建立完全流-固耦合三维隧道开挖有限元模型,对平行双线盾构隧道近接下穿拱涵桥进行了数值模拟,分析了盾构开挖对地层变形及拱涵稳定性的影响,同时,对影响地层变形的主要盾构参数进行了敏感性分析。研究结果表明:(i)在地基设计加固方案下,拱涵桥施工引起的地层沉降、结构变形较小,满足相关规范要求;同时,复合地基弹性模量、加固深度和地下水位变化对地层变形影响均较小;(ii)动力周期车辆荷载作用下,拱涵桥路基变形、结构受力和变形均存在快速增长阶段,随后也较快趋于稳定;结构最大竖向变形出现在拱顶,但破坏危险点会最先出现在拱腰;(iii)设计加固复合地基变形模量较大、承载力较高,双线盾构施工对拱涵的影响较小;同时,主要盾构参数(开挖面支护压力、同步注浆压力)小幅变化对地层变形影响较小。

关键词：超大直径管拱形钢波纹管完全流-固耦合动力周期车辆荷载盾构隧道开挖