文档介绍：盾构穿越高架对其桩基变形和内力影响分析
 
摘要:盾构法已经成为城市地铁区间隧道施工的一种重要方法,在盾构法隧道施工过程中,经常要从地上和地下重要建筑物附近穿越。某盾构隧道需要近距离从已有高架桥桩基下穿过,通过适当简化,采用平面连续介质有限元,模拟双洞单线盾构隧道施工的整个过程,考虑不同阶段土体的应力释放率,分析盾构隧道施工对桩基变形和内力的影响。
关键词:盾构法;高架桩基;应力释放;变形;内力
 
1 引言
      随着城市轨道交通建设的发展,大量的地铁区间隧道采用盾构法施工,盾构法隧道的施工工艺和施工技术也在不断发展和成熟。由于城市经济建设的发展,地铁区间隧道沿线一般为城市经济较为发达的地区。盾构隧道施工过程中,不可避免的要从许多重要的地上和地下建筑物附近穿过。
      文献[1]采用边界单元法模拟分析了掘进施工过程中盾构对已建建筑的影响,同时对施工参数进行了讨论。文献[2]~[3]分析了盾构近距离施工对已运营隧道的扰动影响。
      本文分析盾构隧道推进过程中,从已有高架桥下桩基之间穿过,盾构施工对桩基水平位移和内力的影响,从而对工程的可行性和风险进行判断。
2 工程概况
      某城市地铁区间隧道部分区间段需要从已有高架桥下穿越。由于盾构隧道需要近距离从桥下桩基之间穿过,因此需要完整分析上、下行线盾构推进过程中对高架桥桩基的影响。由于桩基结构对水平变形较为敏感,主要分析盾构推进时,土体的应力释放对桩基水平变形和内力的影响。盾构与桩基的剖面相对位置如图1所示,盾构主要是从<5-1>层粘土和<5-2>层粉质粘土中穿越,盾构外径为6m,管片厚度为30cm。,。
3 计算过程分析
计算简化
      对于盾构隧道和高架桥,由于相对于其平面尺寸,纵向较长,因此可以忽略其纵向变形,简化为平面应变问题进行分析,取单位长度进行计算。
      对桥梁承台和桩基,沿纵向不是一个连续结构,而是每隔25~30m左右布置桥梁承台桩基。因此按平面应变问题取每延米分析的时候,根据侧向抗弯刚度相似,截面长度按下式进行计算:
      公式中,E为混凝土弹性模量,b为桩截面垂直盾构中心线方向的宽度,h为桩截面另一个方向长度,n为平行盾构中心线方向的桩数,h′为平面应变计算桩截面长度,s为承台中心距。
计算模型
      计算模型中将桩基简化为梁单元进行模拟,土体和桩基上部承台结构采用平面应变单元进行模拟,隧道衬砌采用梁单元模拟,梁单元和实体单元之间自由度的协调性通过程序提供的自由度间的耦合功能实现。土体采用Drucker-Prager屈服准则,混凝土结构视为弹性体。计算区域取至盾构轮廓线外30m,左右边界设置水平约束,底部边界设置垂直约束,上部为自由边界。计算采用的土体物理力学指标如表1所示:
      根据一些单圆盾构隧道工程的研究,考虑盾构施工过程中整体状态控制较好,在计算中考虑管片脱离盾尾,同步注浆完全填充管片和土体的空隙前,土体的应力释放率控制在小于15%,之后土体应力完全释放。
      整个计算过程分为五步:①地层施加初始应力场,;②单线盾构推进,管片拼装前土体应力释放率15%;③单线盾构推进,管片拼装后土体应