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《中南大学》 2010年
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隧道施工对不同基础类型桥梁的影响评价及工程应用

贾瑞华  
【摘要】: 由于土地资源匮乏,城市土地高度利用,从而出现许多新建的城市隧道只能沿着既有立交桥延伸,隧道邻近既有桥梁的建设现象十分常见。隧道穿越既有桥梁施工的相互影响是个十分复杂的问题,因此,目前迫切需要针对这种邻近施工的相互影响进行系统而全面的研究。 本文采用理论分析、数值分析和现场测试相结合的研究手段,主要针对隧道穿越既有桥梁的围岩位移和应力分布特征、上部基础存在的影响及其附加变形等进行研究,主要研究成果和结论如下: 1、在参考大量文献的基础上,认识到桥梁结构与房屋结构形式和下部基础不同,因此需针对桥梁结构的受力和变形得到其存在时对于围岩应力应变分布规律的影响,并总结扩大基础和桩基础的附加变形和内力规律; 2、借助孔口问题的复变函数解法,将扩大基础上部荷载转换为作用于地表的均布荷载,编制计算程序,得到计算范围内的解析解,并针对西安地铁平行穿越长安立交桥和金沙洲隧道垂直穿越沙贝立交桥的两种特殊情况进行验证; 3、给出端承桩和摩擦桩的桩顶、桩底边界条件,按两阶段法利用MATLAB编程计算得到隧道开挖引起邻近端承桩和摩擦桩的单桩桩侧负摩阻力分布及桩身沉降,并通过对影响桩侧负摩阻力的参数化研究,得到桩侧负摩阻力影响因素的影响规律; 4、根据单桩的遮拦效应,进行了隧道开挖引起的摩擦桩群桩相互影响分析;提出衡量摩擦桩极限承载力下降程度的评价因子K,将其定义为摩擦桩单桩负摩阻力之和与摩擦桩承载能力限值的比值,并应用于深圳地铁区间穿越梅龙桥的群桩计算; 5、通过对金沙洲隧道穿越沙贝立交桥段的施工现场测试,得到开挖断面围岩变形情况、支护结构内力分布、地表沉降、扩大基础墩台沉降、桩基础沉降以及桥梁顶梁沉降等,在此基础上对隧道施工引起不同基础类型桥梁的影响进行评价; 6、建立考虑桩土接触的三维有限元数值模型,系统研究了隧道开挖过程中掌子面前方围岩的动态变形规律、地层位移分布、洞内支护结构以及桥梁基础的附加变形等等,并结合现场观测的结果,得到不同地段(土体自由场、下穿扩大基础段、下穿桩基础段)的施工差异、地层应力应变分布状态,系统讨论了隧道穿越不同基础类型桥梁的影响。 7、以国家重点工程武广客运专线金沙洲隧道下穿沙贝立交桥、西安地铁二号线穿越长安立交桥段以及深圳地铁区间穿越梅龙桥为工程依托,结合理论分析、现场测试和数值模拟等研究成果,系统研究了隧道穿越不同基础类型桥梁的影响评价,取得了满意的成果。
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