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盾构隧道开挖对群桩基础影响的数值模拟研究

赵强  
【摘要】:在全球范围内城市交通正在由地面转向地下交通,盾构隧道由于具有诸多优点成为城市地铁施工最常用的方法。在城区地带高楼林立,高架路桥交错,这些建筑大多采用群桩基础的形式,盾构隧道的施工必然对邻近的桩基础产生影响。当盾构隧道开挖引起的土体位移以及在桩基上引起的附加变形和内力超过一定程度的时候,就会引起结构的倾斜、开裂、安全性能降低等,威胁上部建筑结构的安全稳定和正常使用。所以研究盾构隧道开挖对近邻群桩基础的影响具有非常重要的实际意义和应用价值。 本课题以大连地铁1号线西安路段为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立三维数值模型,数值模拟中详尽地考虑各施工环节的影响,采用生死单元方法模拟盾构隧道的动态开挖过程,研究盾构隧道开挖过程中地表沉降槽的变化规律和对桩基工作状态的影响规律。研究主要包括以下内容和结论: 1.研究了盾构隧道动态开挖过程对地表土体和邻近群桩基础的影响,盾构隧道开挖面2D距离以内范围土体的位移变化较大,距离盾构隧道开挖面4D距离以上时,地表沉降趋于稳定。 2.运用数值方法系统地研究了在盾构隧道开挖过程中桩洞垂直间距和水平间距对土体位移和桩基的影响。随着隧道埋深增大,地表土体的最大沉降位移减小,隧道对土体的扰动范围增大;水平间距增大时,群桩基础和土体的水平位移增大,移动土体的范围增大。 3.在主要结构和土体未出现大范围塑性区的情况下,可以采用线弹性模型代替弹塑性模型进行数值计算,计算结果差值较小,此方法可以提高数值计算效率。


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