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《同济大学》 2007年
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桩基础全寿命期对邻近已有隧道的影响研究

闫静雅  
【摘要】: 近年随着城市建设的快速发展,地铁隧道的建设如火如荼,同时城市发展需要建造深基础高层建筑,许多高层建筑物邻近地铁隧道建造,因此隧道与邻近建筑物桩基础相互影响的研究成为岩土工程界迫切关注的热点和难点。而目前大多数关于桩基础与隧道相互影响的研究均集中在新建隧道对已有建筑物桩基础影响方面,关于新建建筑物桩基础对已有运营隧道的研究很少。 一个新建的高层建筑群桩基础对地铁隧道的影响可以说是伴随着桩基础的全部寿命期的。从最开始的施工阶段,到随后的建筑荷载施加阶段以及后期的正常使用阶段,每个阶段对邻近的已有隧道影响均需要关注。将桩基础的全寿命期分为三个阶段考虑桩基础对隧道的影响:成桩——桩基施工;上部荷载施加——桩基瞬时荷载;正常使用阶段——桩基长期沉降。具体如下: 1.采用施加在桩孔侧壁上的静水压力来模拟泥浆护壁以及混凝土浇注过程,并对钻孔灌注桩施工过程进行了三维有限元模拟。对钻孔灌注桩施工过程造成桩孔附近土体应力变化,土体变形以及邻近隧道变形及受力变化进行了分析。分析结果表明:钻孔灌注桩施工对紧邻桩孔的土体应力影响较大,尤以水平应力变化为大;施工影响范围约3倍桩径;造成邻近隧道的变形及受力变化量值均很小;从过程来看,对隧道影响较大的阶段为混凝土浇注面高于隧道位置后以及混凝土硬化阶段。 2.对建筑物上部荷载施加阶段,采用两种计算方法进行分析。 (1)在传统的剪切位移法基础上,编制了带承台群桩沉降计算程序。该程序考虑了桩间的加筋与遮拦效应,桩土相互作用。可以计算带承台大规模群桩的自身沉降以及邻近群桩的隧道所在位置土体沉降情况。在已知土体位移的情况下,计入隧道刚度的影响,求得隧道位移曲线。本文计算方法可以考虑实际土层情况下大规模群桩基础的计算,可以考虑桩筏共同作用亦可仅考虑柔性承台计算。在本方法的计算中,桩基础与隧道的相对位置关系可以是任意角度,且桩基础的桩间距可以为任意值。 (2)利用三维有限元程序PLAXIS 3D TUNNEL2.0分析了群桩基础正常工作状态沉降对邻近隧道的影响。首先对比两种桩基与隧道相对位置关系,一种为桩基础仅位于隧道单侧,一种为桩基础对称分布于隧道两侧。以桩基础位于隧道一侧的形式为基础,分别对不同桩位布置情况,桩基长度,隧道计算刚度,桩基础荷载以及桩与隧道的净距离进行了单因素分析。并通过合理的等代,可以采用二维平面应变有限元很好的模拟桩列荷载对邻近隧道的影响。随后对保护隧道措施之一的设置隔离桩的隔离效果进行了分析,对隔离桩的设计参数(隔离桩桩长,隔离桩设置位置、桩数以及隔离桩桩间距)进行分析,对各设计参数给出了合理建议。 3.根据单轴压缩试验以及数值模拟反分析得出适用于上海第四层淤泥质软土的PLAXIS软土蠕变模型参数,利用该土体模型参数分析了桩基础在不同荷载水平下的长期沉降对邻近隧道的影响。结果表明在桩基础加载完成时产生的桩基沉降以及隧道沉降占最终沉降的75%左右。桩基荷载水平较高时,桩基沉降以及隧道沉降在加载完成时完成沉降的比例较低。隧道沉降随时间发展的比较缓慢,在桩基加载完成时的沉降比例要小于桩基沉降完成的比例。且荷载水平对桩基的影响大于对隧道的影响。 4.为验证本文的计算方法,针对上海某工程实例进行分析,并与工程实测数据进行了对比研究,结果表明本文的计算方法可以较好的计算隧道受到邻近新建桩基础的影响情况。
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