臨近隧道盾構(gòu)施工對(duì)樁基影響的影響分析

所屬分類：建筑論文閱讀224次時(shí)間：2020-06-30 15:25

本文摘要：摘要：我國工程建設(shè)最近幾年隨著我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展而發(fā)展迅速。隨著我國城市的高速發(fā)展，地鐵已成為緩解城市交通的最有效工具之一。而地鐵往往穿越城市密集建筑物群，需要在已有建(構(gòu))筑物下或附近進(jìn)行施工，由此隧道施工將不可避免地對(duì)臨近樁基產(chǎn)

　　摘要：我國工程建設(shè)最近幾年隨著我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展而發(fā)展迅速。隨著我國城市的高速發(fā)展，地鐵已成為緩解城市交通的最有效工具之一。而地鐵往往穿越城市密集建筑物群，需要在已有建(構(gòu))筑物下或附近進(jìn)行施工，由此隧道施工將不可避免地對(duì)臨近樁基產(chǎn)生影響。

　　關(guān)鍵詞：臨近隧道盾構(gòu)施工;樁基影響

巖土力學(xué)

　　引言

　　科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)我國道路建設(shè)發(fā)展迅速，很多先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用其中，使其發(fā)展更為快速。為進(jìn)一步研究臨近隧道盾構(gòu)開挖過程中樁基所受到的影響，參考某市地鐵下穿已建成的地鐵雙線隧道的實(shí)際地下工程，建立三維模型，運(yùn)用有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

　　隧道施工論文投稿刊物：《巖土力學(xué)》雜志創(chuàng)刊于1979年，中華人民共和國新聞出版總署、正式批準(zhǔn)公開發(fā)行的優(yōu)秀期刊。由中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所主辦，中國科學(xué)院主管，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：1000-7598，國內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN42-1199/O3，國外發(fā)行代號(hào)：Q4097，聯(lián)合征定代號(hào)：LD421199，每季末20日出版，國內(nèi)外公開發(fā)行。

　　1工程概況

　　1.1工程周邊環(huán)境

　　本文以某市地鐵5號(hào)線下穿1號(hào)線盾構(gòu)施工段為工程背景，基于盾構(gòu)施工對(duì)臨近樁基的影響進(jìn)行模擬分析。1號(hào)線為既有的雙線隧道，隧道外徑為6m，兩線之間的距離設(shè)置為11m，5號(hào)線為盾構(gòu)開挖段，外徑也為6m，兩線距離為3m，1號(hào)線和5號(hào)線垂直距離為3m，此時(shí)研究5號(hào)線盾構(gòu)施時(shí)與1號(hào)線的平行段。

　　1.2數(shù)值計(jì)算模型

　　結(jié)合工程地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)，采用有限元方法分析隧道開挖對(duì)臨近樁基的變形受力影響。計(jì)算模型考慮隧道-土體-樁基三部分的相互作用。隧道直徑設(shè)定為6.88m，埋深16m。建筑物基礎(chǔ)為1.2m×1.2m摩擦型樁，樁長16m，樁間距4m。采用空間8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元(C3D8)進(jìn)行模擬，樁底與土體綁定，防止樁與土體斷開。建筑物采用等效荷載替代方法計(jì)算，即地應(yīng)力平衡后，在復(fù)合樁基頂部施加大小為300kPa的均布荷載，模擬既有建筑物的存在。模型空間尺寸為80.0m(x方向)、100.0m(y方向)、50.0m(z方向)，隧道開挖方向?yàn)閤軸負(fù)向。4個(gè)側(cè)面邊界條件為法向約束，底部為全約束，上表面為自由面。巖土體強(qiáng)度準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則。

　　1.3數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

　　1樁基水平位移計(jì)算結(jié)果，不同開挖方式情況下樁基的水平位移曲線變化趨勢基本相同。樁頂?shù)乃轿灰圃趦伤淼劳瑫r(shí)開挖的情況下樁頂最大，水平位移沿著樁身逐漸減小，在隧道埋深中心線處為水平位移最小值，雙線同時(shí)開挖時(shí)此處水平位移值最小，而右線隧道先開挖的最大，左線隧道先開挖的居中。過了隧道埋深的位置后，樁身水平位移逐漸增大，該位置在右隧道先開挖時(shí)水平位移最大。2.樁基豎向位移計(jì)算結(jié)果，先開挖右線隧道時(shí)豎向位移最大，最大沉降量為8.6mm。

　　其次是左右兩隧道同時(shí)開挖，而左線隧道先開挖引起的豎向位移最小，最大沉降量為8.57mm。3.樁基軸力計(jì)算結(jié)果3種開挖方式引起的樁基軸力變化趨勢都是沿樁身先增大后減小，右線隧道先開挖時(shí)引起的軸力值最大。其次是兩隧道同時(shí)開挖。左線隧道先開挖時(shí)引起的樁基軸力最小。由此可見隧道開挖的方式的選擇引起的樁基附加軸力差異不大，這點(diǎn)同樁基豎向位移的變化情況類似。

　　2樁體與施工線路距離對(duì)樁頂?shù)某两涤绊?/p>

　　樁體與施工線路的距離不同，樁頂?shù)某两蛋l(fā)展規(guī)律也不同，當(dāng)樁體與施工線路的距離在3倍洞徑的范圍以內(nèi)時(shí)，樁體的沉降發(fā)展仍然可以看作三個(gè)過程，對(duì)樁體沉降影響最大的仍是5號(hào)線初期開挖，而5號(hào)線的二次開挖對(duì)樁頂沉降影響較小，且樁體的沉降隨著距離的增加而減小，在3倍洞徑范圍內(nèi)時(shí)，樁頂?shù)某两祵?duì)距離的改變不敏感，而超過3倍洞徑時(shí)，樁頂?shù)某两祵?duì)距離的改變非常敏感。

　　可以看出在距離為20m后，5號(hào)線的初期開挖對(duì)樁頂沉降的影響減小，而5號(hào)線的二次開挖對(duì)樁體沉降的影響增加，從曲線距離為21m可以看出，二次開挖的樁頂沉降的斜率明顯大于初期開挖的斜率，這說明了，在3倍洞徑范圍內(nèi)時(shí)是隧道開挖引起的應(yīng)力釋放及土體強(qiáng)度降低的主要區(qū)域，初期開挖時(shí)，樁體與開挖線路的距離超過3倍洞徑，所以影響較小;而在二次開挖中，樁體與開挖線路的距離小于3倍洞徑，但是由于初期開挖的影響，土體的塑性區(qū)已經(jīng)有發(fā)育，后期的開挖對(duì)土體強(qiáng)度降低不明顯，所以發(fā)展速度沒有過快。以上都說明了，在隧道周邊3倍洞徑范圍內(nèi)時(shí)隧道開挖主要的影響范圍，這也是為什么在一般數(shù)值計(jì)算中，模型的大小一般取為隧道洞徑的3倍。

　　3對(duì)橋樁進(jìn)行注漿加固

　　盾構(gòu)從鐵路橋樁邊穿過，距離橋墩基礎(chǔ)很近，為確保橋樁穩(wěn)定，保證隧道施工的順利進(jìn)行，在相應(yīng)橋墩周圍施打復(fù)合錨桿樁對(duì)原有橋樁進(jìn)行加固注漿，維護(hù)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。復(fù)合錨桿樁加固范圍寬度為1m，距離隧道水平距離最小為1m，孔徑150mm，孔內(nèi)安裝錨桿(3根直徑20螺紋鋼)，并采用注漿管進(jìn)行壓密注漿操作。巖土加固范圍及位置同設(shè)計(jì)資料相同，模型各結(jié)構(gòu)尺寸均按設(shè)計(jì)參數(shù)選取。

　　4樁體入土深度對(duì)樁頂?shù)某两涤绊?/p>

　　樁長的增加對(duì)樁頂沉降有抑制作用但不明顯，這主要是由于土層的原因，樁體周邊的土體普遍較為軟弱，主要為黏土，沒有良好的持力的效果，樁長的增加對(duì)摩擦效果增加不明顯，所以沒有達(dá)到良好的效果，可見在軟弱地層較厚的地區(qū)，通過增加樁長的方式來減小樁頂?shù)某两到?jīng)濟(jì)效果往往不理想。在臨近樁基盾構(gòu)施工中，已有很多成功的案例，其主要通過超長錨桿對(duì)樁周土體進(jìn)行注漿處理，注漿能提高土體的固結(jié)程度，間接提高了土層的強(qiáng)度，使得樁與土體的接觸更加可靠，例如北京地鐵三號(hào)線，近距離穿越高層建筑時(shí)，采用的就是超長錨桿對(duì)樁基附近的土體進(jìn)行注漿，效果明顯，將高層建筑的不均勻沉降控制在了3mm以內(nèi)。

　　5模型網(wǎng)格劃分

　　為貼近施工實(shí)際，本文對(duì)土體模型的底部施加了豎向位移約束，對(duì)模型周圍4個(gè)側(cè)面施加了水平位移約束，模型表面為自由面，不施加約束。施工步驟模擬1.第一步。建立幾何模型，分割實(shí)體單元。劃分各部分網(wǎng)格并賦予材料屬性。2.第二步。施加土體自重及定義約束邊界條件，定義土體的初始應(yīng)力場并使其位移清零。3.第三步。第1環(huán)隧道核心土開挖面處施加掌子力，激活第1環(huán)隧道襯砌管片，并挖除第1環(huán)隧道核心土。4.第四步。清除第1環(huán)掌子力，施加注漿壓力，改變第1環(huán)間隙土的材料屬性。在第2環(huán)開挖面處施加掌子力，激活第2環(huán)襯砌管片，并挖除第2環(huán)隧道核心土。5.第五步。清除除第2環(huán)掌子力，并注漿壓力，改變第2環(huán)間隙土的材料屬性。在第3環(huán)開挖面處施加掌子力，激活第3環(huán)襯砌管片，并挖除第3環(huán)隧道核心土。按照上述步驟循環(huán)進(jìn)行隧。

　　結(jié)語

　　樁體的沉降主要與三個(gè)因素有關(guān)，樁的入土深度、樁離開挖線路的距離以及盾構(gòu)施工過程中與樁的相對(duì)位置。其中樁離開挖線路的距離時(shí)影響樁體沉降的主要因素，距離開挖線路越近，樁體的沉降就越大，距離在3倍洞徑范圍內(nèi)時(shí)，沉降隨距離的改變尤為敏感，當(dāng)距離超過3倍距離時(shí)，沉降對(duì)距離的改變不再敏感。

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　　作者：石慶濱