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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

黄文宝  
【摘要】: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。


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